DE102007045381A1 - Object i.e. workpiece, detecting and/or recognizing system for e.g. robot-assisted production process, has position of object detectable and/or recognizable and/or convertible into information that is usable for regulating device - Google Patents

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Abstract

The system has a data processing device (2), which works together with the respective radar sensors (4, 4b). A position of an object (12) i.e. workpiece, is detectable and/or recognizable and/or convertible into information, which is usable for a regulating device (10) of an operation device (6). The radar sensor is used and arranged for the speed of and/distance determination of the object. The converted information of the regulating device of the operation device is transmittable or conveyable by an interface. An independent claim is also included for a method for the detection and/or recognition of objects.

Description

Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur Erfassung und/oder Erkennung von Objekten bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen, wobei insbesondere die geometrische Gestalt und/oder die räumliche Orientierung und/oder die Lage des jeweiligen Objektes, insbesondere 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 The invention relates to a system and a method for detection and / or recognition of objects in robotic production and manufacturing processes, wherein in particular the geometric shape and / or the spatial Orientation and / or the position of the respective object, in particular one by means of a conveyor or conveyor belt moving object, relative to at least one handling device and / or a reference point, regardless of the prevailing one Lighting conditions, is determinable.

Als Roboter wird dabei ein nahezu frei programmierbares, rechnergesteuertes Handhabungsgerät oder eine Handhabungsvorrichtung für das Bewegen von Material, Werkstücken, Werkzeugen oder Spezialgeräten verstanden. Roboter sind stationäre oder mobile Maschinen oder Geräte, die nach vorbestimmbaren Anweisungen, insbesondere einem Programm, festgelegte Aufgaben verrichten und/oder erfüllen. Roboter, Handhabungsvorrichtung oder – gerät werden nachfolgend auch synonym gebraucht. Als Industrieroboter werden industriell eingesetzte Roboter mit mehreren Achsen, insbesondere sechs Achsen, verstanden, welche in verschiedensten Produktions- und/oder Fertigungsprozessen, wie beispielsweise in der Automobilindustrie beim Lackieren, Schweißen, oder Polieren oder Schleifen und dergleichen einsetzbar sind.When The robot becomes an almost freely programmable, computer-controlled one handling device or a handling device for moving material, Workpieces, Tools or special equipment Understood. Robots are stationary or mobile machinery or equipment, after pre-definable instructions, in particular a program, perform and / or fulfill specified tasks. Robot, handling device or device synonymously used below. Become an industrial robot industrially used robots with multiple axes, in particular six axes understood, which are used in various production and / or manufacturing processes, such as in the automotive industry during painting, welding, or polishing or grinding and the like are used.

Der Einsatz von Robotern im Automatisierungsbereich, beispielsweise in der Lackier- und/oder Schweißtechnik, 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 in aller Regel über eine Vielzahl von Sensoren intelligent mit ihrer Umwelt kommunizieren und interagieren können.Of the Use of robots in the automation area, for example in the paint and / or Welding Technology, or robot-based automation counts the most widely used applications in modern robot systems. Also for coping increasingly complex automation tasks in the production area robots are increasingly being used, with the help of which they work together with as possible universal manufacturing equipment numerous also different Product variations are produced, the robot used and / or manufacturing facilities usually on a variety of sensors communicate and interact intelligently with their environment.

So umfasst die Bewältigung komplexerer Automatisierungsaufgaben im Fertigungsbereich auch oftmals das Erfassen und/oder Differenzieren von Mustern sowie das Erkennen des jeweilig zu bearbeitenden Werkstückes und/oder seiner Position und/oder Orientierung beziehungsweise Ausrichtung im Raum. Dabei ist die Position und/oder Ausrichtung des jeweiligen Werkstückes genau zu bestimmen, um die jeweiligen Handhabungsvorrichtungen und Montageeinrichtungen hinreichend exakt nachführen zu können. Der Aufwand für die produktabhängigen Vorrichtungen reduziert sich drastisch und die Flexibilität der Fertigung erhöht sich um ein Vielfaches, wenn die Positionsbestimmung im dreidimensionalen Raum erfolgen kann. Dazu werden herkömmlich sog. „Vision Systeme" eingesetzt. Diese Systeme nutzen vornehmlich optische Verfahren, insbesondere aus dem Bereich Bild-/Mustererkennung, und werden entsprechend ihrer Ausgestaltung unterteilt in 2-dimensionale- und 3-dimensionale Lage- und/oder Positionserkennungs-Systeme beziehungsweise -Verfahren. Dabei wird das jeweilige Werkstück über eine oder mehrere flexibel oder stationär angeordnete Kameras oder Kamerasysteme, in der Regel unter Verwendung von Licht oder Laserstrahlen, insbesondere im sichtbaren Spektralbereich, erfasst und dessen Position und/oder Orientierung, beispielsweise auch unter Verwendung einer entsprechenden Computerprogrammkomponente, ermittelt beziehungsweise bestimmt.So includes coping Often more complex automation tasks in the manufacturing sector the capture and / or differentiation of patterns as well as the recognition of the respective workpiece to be machined and / or its position and / or Orientation or orientation in space. It is the Position and / or orientation of the respective workpiece exactly to determine the respective handling devices and mounting devices track with sufficient accuracy can. The effort for the product-dependent devices reduces drastically and the flexibility of production increases many times when determining the position in three-dimensional space can be done. These become conventional so-called "vision Systems "used. These systems mainly use optical methods, in particular from the field image / pattern recognition, and are according to their Design divided into 2-dimensional and 3-dimensional position and / or position detection systems or methods. In this case, the respective workpiece via a or several flexible or stationary arranged cameras or camera systems, usually using of light or laser beams, in particular in the visible spectral range, recorded and its position and / or orientation, for example also using a corresponding computer program component, determined or determined.

Bekannte Systeme verwenden zur Aus- oder Anleuchtung beziehungsweise zum Betrieb der jeweiligen Kamera oder Kamerasysteme Licht im sichtbaren Bereich, insbesondere von ca. 380 bis 780 Nanometer [nm] Wellenlänge bzw. setzen Laser mit vergleichbarem Wellenlängenbereich ein. Für das räumliche Sehen beziehungsweise die räumliche Erfassung sind auch Stereosysteme einsetzbar.Known Systems use for illumination or illumination or for Operation of the respective camera or camera systems light in the visible Range, in particular from approximately 380 to 780 nanometers [nm] wavelength or use lasers with comparable wavelength range. For the spatial See or the spatial Recording can also be used stereo systems.

3D (3-dimensionale)-Stereosysteme ermöglichen die hochgenaue Bestimmung von Lagekoordinaten auch in sechs Freiheitsgraden. Sie werden besonders dann eingesetzt, wenn einfache Erkennungs-/Identifikations- beziehungsweise Unterscheidungsmerkmale nicht zur Verfügung stehen beziehungsweise nicht vorliegen, große oder mehrere Teile oder Komponenten mit einer sehr hohen Auflösung erfasst und die Qualität und Effizienz von hochautomatisierten Rotober- und Handhabungssystemen durch schnelle und präzise Positionsbestimmungen gesteigert werden sollen beziehungsweise müssen. Dabei ist der jeweilige Arbeitsbereich von Kamera und/oder Handhabungssystem beziehungsweise -vorrichtung definiert und/oder homogen auszuleuchten, wobei die Schwankungen in der Helligkeit, insbesondere tagesverlaufsbedingte oder wetterbedingte oder jahreszeitbedingte Helligkeitsschwankungen, auf ein Minimum zu reduzieren sind.3D (3-dimensional) stereo systems allow highly accurate determination of position coordinates also in six degrees of freedom. They become special then used when simple recognition / identification respectively Distinguishing features are not available respectively not available, big or multiple parts or components detected at a very high resolution and the quality and efficiency of highly automated rotober and handling systems fast and accurate Position determinations should be increased or must. there is the respective workspace of camera and / or handling system or device defined and / or homogeneously illuminated, wherein the fluctuations in the brightness, in particular daily course-related or weather-related or seasonal variations in brightness to reduce a minimum.

Diesen Vorgaben wird beispielsweise durch umfangreiche Baumaßnahmen wie z. B. das Abdunkeln der jeweiligen Arbeitsbereiche und/oder Räumlichkeiten Rechnung getragen.this Defaults, for example, through extensive construction such as B. the darkening of the respective work areas and / or premises Taken into account.

Besonderes Augenmerk verdient auch die jeweilige Umgebung der Anlagen oder Fertigungsstätten, die nicht durch atmosphärische Störungen wie beispielsweise Sprühnebel beeinträchtigt werden darf. Ein derartiger Nebel könnte die Funktionsweise der Lampen beeinträchtigen oder zwischen Kamera und Werkstück eine Lichtstreuung oder Reduzierung der Lichtintensität verursachen. Damit wären solche Systeme beispielsweise in einer Gießerei nicht einsetzbar.Particular attention must also be given to the environment of the plants or production facilities, which must not be affected by atmospheric disturbances such as spray mist. Such a fog could affect the operation of the lamps or between the camera and the workpiece, a light scattering or reduction cause the light intensity. Thus, such systems would not be used for example in a foundry.

Auch an das jeweilige Werkstück oder Bauteil selbst werden dabei besondere Anforderung hinsichtlich Beschaffenheit und Material gestellt. So darf das jeweilige Bauteil beispielsweise nicht durchsichtig sein und/oder muss sich farblich vom Hintergrund unterscheiden.Also to the respective workpiece or the component itself becomes a special requirement Texture and material provided. So may the respective component for example, not be transparent and / or must be colored different from the background.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Möglichkeit für eine effiziente Erfassung und/oder Erkennung eines Objektes, insbesondere eines bewegten Objektes anzugeben, welche nicht-optisch und damit unabhängig von den vorherrschenden Lichtverhältnissen ist und auf den Einsatz künstlicher Lichtquellen verzichtet.task In the invention it is a possibility for an efficient one Detection and / or detection of an object, in particular one indicate moving object, which is non-optical and thus independent of the prevailing lighting conditions and on the use of artificial Light sources omitted.

Diese Aufgabe wird durch ein System der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung sowie ein entsprechendes Verfahren zur Erfassung und/oder Erkennung von Objekten für eine Bearbeitung mittels rechnergesteuerter Handhabungsgeräte sind in weiteren Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.These Task is by a system of the type mentioned with the Characteristics of claim 1 solved. Advantageous embodiments and development and a corresponding Method for detecting and / or recognizing objects for processing by computer-controlled handling devices are in further claims and the following description.

Demgemäß weist das System zur Erfassung und/oder Erkennung von Objekten bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen, wenigstens einen Radarsensor sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung auf, welche mit dem jeweiligen Radarsensor zusammenwirkt und mit welchen wenigstens ein Objekt, insbesondere ein sich bewegendes Objekt, und/oder dessen jeweilige Position sowie Lage erfassbar und/oder erkennbar und/oder in für eine Steuer-/Regeleinrichtung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung verwertbare Informationen umwandelbar sind.Accordingly, FIG the system for detecting and / or detecting objects in robotic production and manufacturing processes, at least one radar sensor and a Data processing device, which with the respective radar sensor cooperates and with which at least one object, in particular a moving object, and / or its respective position and location detectable and / or identifiable and / or in for a control / regulation device at least one handling device usable information convertible are.

Systemgemäß sind dabei insbesondere zwei oder mehr Radarsensoren einsetzbar.System are there in particular two or more radar sensors can be used.

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.Advantageous is foreseeable that radar sensor and data processing device each over a wireless or wired communication link, in particular a LAN, WLAN or WAN, for example the Art Ethernet, Bluetooth, or another common one Bus type, such as CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, but also cooperate USB, RS-232, SCSI or the like.

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 In an advantageous embodiment, the system comprises at least one interface via which the converted information of the controller at least a handling device, in particular one or more six-axis Industrial robots, feedable or can be transmitted.

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.Also The aforementioned interface can be wired by nature or wirelessly, for example, as Ethernet, Bluetooth, CAN, CANopen, Profibus, Modbus, but also USB, RS-232 or SCSI interface or a combination thereof.

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 include in particular both a transmitting device as well as a receiving device for radar waves suitable frequency. Further education may transmit and receive device also in a device be integrated.

Systemgemäß sind mittels des jeweiligen Radarsensors elektromagnetische Wellen außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches generierbar, beispielsweise in Form von Mikrowellen im MHz- und GHz-Bereich oder von Schallwellen bei Frequenzen zwischen 20 kHz und 1 GHz, welche gegen Einflüsse in der umgebenden Atmosphäre wie sie in Fertigungs- und Produktionsbetrieben vorkommt unempfindlich sind.System are by means of of the respective radar sensor electromagnetic waves outside the visible spectral range generated, for example in shape of MHz and GHz microwaves or sound waves Frequencies between 20 kHz and 1 GHz, which against influences in the surrounding atmosphere as it is found in manufacturing and manufacturing plants insensitive are.

Die zugehörigen Sendefrequenzen können sich dabei beispielhaft im Bereich von 76–77 GHz, entsprechend einer Wellenlänge von etwa 4 mm oder aber auch im Bereich von ca. 24 GHz bewegen.The associated Transmission frequencies can change exemplarily in the range of 76-77 GHz, corresponding to one wavelength of about 4 mm or else in the range of about 24 GHz.

Des Weiteren wird die gestellte Aufgabe durch ein entsprechendes Verfahren zur Erfassung und/oder Erkennung von Objekten für eine Bearbeitung mittels rechnergesteuerter Handhabungsgeräte gelöst, wobei insbesondere mittels eines vorgenannten Systems, wenigstens ein Objekt, insbesondere ein sich bewegendes Objekt, und/oder dessen jeweilige Position sowie Lage radarbasiert erfasst und/oder erkannt beziehungsweise identifiziert wird und/oder die erhaltenen Daten und/oder Signale in für eine Steuer-/Regeleinrichtung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung verwertbare Informationen umgewandelt werden.Of Furthermore, the task is set by a corresponding method for detecting and / or recognizing objects for editing by means of computer-controlled handling devices solved, in particular by means of an aforementioned system, at least one object, in particular a moving object, and / or its respective position as well Recorded radar-based and / or detected or identified is and / or received data and / or signals in for a control device converted useful information at least one handling device become.

Vorteilhaft ist das Verfahren auch bei einem mittels eines Transport- oder Förderbandes bewegten Objektes anwendbar.Advantageous the method is also in one by means of a conveyor or conveyor belt moving object applicable.

In Weiterbildung des Verfahrens werden die verwertbaren Informationen zur Umsetzung über eine entsprechende Kommunikationsverbindung an die Steuer-/Regeleinrichtung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung, insbesondere ein mehrachsiger Industrieroboter, übermittelt und/oder zur Synchronisation sowie Abstimmung der Bewegungen sowie Positionierung von Handhabungsvorrichtung und Objekt, insbesondere Werkstück, verwendet.In Continuing the process will be the usable information for implementation via a corresponding communication connection to the control / regulating device at least one handling device, in particular a multi-axis industrial robot transmitted and / or for synchronization and coordination of movements and positioning of handling device and object, in particular workpiece used.

Vorteilhaft ist vorsehbar dass der jeweilige Radarsensor mit Sende – sowie Empfangseinrichtung, gerichtete elektromagnetische Wellen gebündelt als sogenanntes Primärsignal aussendet und die vom jeweiligen Objekt reflektierten Signale beziehungsweise "Echos" als sogenanntes Sekundärsignal empfängt und im Zusammenwirken mit der Datenverarbeitungseinrichtung nach verschiedenen, vorbestimmbaren Kriterien auswertet und/oder das jeweilige Objekt regelbasiert erkennt beziehungsweise positionsgenau erfasst.Advantageously, it is possible to provide that the respective radar sensor comprises transmit and receive devices, directed electromagnetic waves Delt emits as a so-called primary signal and the reflected signals from the respective object or "echoes" as a so-called secondary signal and evaluates in cooperation with the data processing device according to various predeterminable criteria and / or recognizes the respective object rule-based or accurately detected position.

So können Informationen über die jeweiligen Objekte gewonnen werden, indem beispielsweise bei der jeweiligen Messung auf Laufzeiten sowie Laufzeitunterschiede und/oder auch auf den Doppler-Effekt zurückgegriffen wird.So can information about the respective objects are obtained, for example, by the respective measurement on transit times as well as transit time differences and / or also resorted to the Doppler effect becomes.

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 Körper 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 Steuer-/Regeleinrichtung der jeweiligen Handhabungsvorrichtung weitergegeben werden.When Doppler effect is the change in the frequency of the waves any kind, including radar or ultrasonic waves, while itself the source and measuring body, in the present case, in particular, move the workpiece relative to one another, this means, For example, the source refers to the body or away from it Moves away or the body moves moved to or from the source. Through this frequency change can various information to the controller of the respective Handled handling device.

Aus der Zeitdifferenz und damit der Laufzeit zwischen Senden der Welle und deren Empfang nach der Reflexion am jeweiligen Objekt oder Messkörper, insbesondere einem zu verarbeitenden Werkstück, kann die Entfernung des jeweils angestrahlten Oberflächenbereiches oder Punktes des jeweiligen Objektes zum Sender erfasst werden.Out the time difference and thus the transit time between sending the wave and their reception after the reflection at the respective object or measuring body, in particular a workpiece to be processed, can be the distance of each illuminated surface area or point of the respective object to the transmitter are detected.

Wird das jeweilige, die Radarstrahlen zumindest anteilig reflektierende Objekt, bei hinreichend kleinem Abstand zum Sender, insbesondere nur wenige 10 cm bis wenige Meter, entsprechend einem vorbestimmbaren Raster mit entsprechender Auflösung mittels eines gerichteten Radarstrahls abgetastet (kann 1- oder 2-dimensionale Abtastung sein), so lassen sich die reflektierenden Strukturen des Objektes, insbesondere die Oberflächen von metallischen Objekten beziehungsweise Werkstücken, anhand von Abtastrichtung und Laufzeit der empfangenen Echos rekonstruieren.Becomes the respective, the radar beams at least partially reflecting Object, with a sufficiently small distance to the transmitter, in particular only a few 10 cm to a few meters, corresponding to a predeterminable Raster with appropriate resolution scanned by a directional radar beam (can be 1- or 2-dimensional scanning), so can the reflective Structures of the object, in particular the surfaces of metallic objects or workpieces, Reconstruct based on the scan direction and duration of the received echoes.

Auf diese Weise lässt sich eine 3D-Rekonstruktion des Abtastbereiches sowie des darin zumindest teilweise befindlichen Objektes gewinnen.On that way a 3D reconstruction of the scanning area as well as the therein win at least partially located object.

Wirken mehrere, beispielsweise zwei bis vier geeignet positionierte Radarsensoren zusammen, beispielsweise über eine entsprechende Datenverarbeitungseinrichtung mit dafür eingerichtetem Computerprogrammprodukt, so kann auf diese Weise ein nahezu vollständiges 3D-Abbild des jeweiligen Objektes gewonnen und/oder eine Erfassung sowie Bilderkennung des jeweiligen Objektes durchgeführt und damit auch die Ausrichtung beziehungsweise Orientierung des jeweiligen Werkstückes ermittelt werden.Act several, for example, two to four suitably positioned radar sensors together, for example, over a corresponding data processing device equipped therefor Computer program product, so can in this way an almost complete 3D image of the respective object obtained and / or a detection and image recognition performed by the respective object and so that the orientation or orientation of the respective workpiece be determined.

Entsprechendes ist auch mit lediglich einem beispielsweise von oben auf das jeweilige Objekt, insbesondere ein weiterzuverarbeitendes Werkstück, gerichteten Sensor möglich, wobei auch bei 2-dim Abtastung in x- und y-Richtung dann lediglich eine teilweise 3D-Rekonstruktion des Objektes gewinnbar ist.The same is synonymous with only one example of the top of the respective Object, in particular a weiterzuverarbeitendes workpiece, directed Sensor possible, whereby even with 2-dim scanning in the x and y direction then only a partial 3D reconstruction of the object is obtainable.

Wird das jeweilige Objekt unter dem Sensor bewegt, so kann dies in Kenntnis der Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit, welche beispielsweise mittels Radarsensor unter Ausnutzung des Dopplereffektes bestimmbar sind, auch bereits mit einer 1-dimensionalen Abtastung erreicht werden.Becomes the respective object moves under the sensor, this can be known the direction of movement and speed, which for example by means of Radar sensor can be determined by utilizing the Doppler effect, also already with a 1-dimensional Scanning can be achieved.

Wird in alternativer Verfahrensausführung auf eine Laufzeitauswertung verzichtet, so kann eine Bilderkennung gegebenenfalls auch allein anhand der erfassten reflektierenden Strukturen durchgeführt werden.Becomes in an alternative process execution dispensed with a runtime evaluation, so an image recognition may be also be carried out solely on the basis of the detected reflective structures.

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 einsetzbar sind.In a further process execution At least one radar sensor in the manner of an FMCW (frequency modulated continous wave) radar, a "Modulated CW radar" or an FM radar used, whereby the different radar types can also be used in combination are.

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 send with a constantly changing Frequency. It can at least two modes of operation can be distinguished. The frequency is increasing either linear on, abruptly at a certain frequency the initial value falls again, or it rises and falls alternately with constant rate of change.

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.Advantageous is furthermore providable that according to the method at least one data processing device is used, which is a decoder or decoder or coder for signal or pulse or signal processing and / or providing information.

Mittels des Dekodierers ist demgemäß auch eine Bereitstellung von Daten/Informationen betreffend die Werkzeuggeschwindigkeit und/oder Entfernung beim Produktionsprozess durchführbar.through the decoder is accordingly also a Providing data / information regarding tool speed and / or removal in the production process feasible.

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, wie beispielsweise CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, aber auch USB, RS-232, SCSI oder dergleichen zusammenwirken.It is advantageously possible to provide for the radar sensor and / or data processing device and / or control device of 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 another gigen bus type, such as CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, but also USB, RS-232, SCSI or the like work together.

In Weiterbildung des Verfahrens werden die verwertbaren Informationen zur Umsetzung über eine entsprechende Kommunikationsverbindung an die Steuer-/Regeleinrichtung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung, insbesondere ein mehrachsiger Industrieroboter, übermittelt und/oder zur Synchronisation sowie Abstimmung der Bewegungen von Handhabungsvorrichtung und Objekt, insbesondere Werkstück, verwendet.In Continuing the process will be the usable information for implementation via a corresponding communication link to the control / regulation device at least a handling device, in particular a multi-axis industrial robot transmitted and / or for synchronization and tuning of the movements of the handling device and object, in particular workpiece, used.

Die weitere Darlegung der Erfindung erfolgt anhand zweier Figuren sowie der zugehörigen Ausführungsbeispiele.The Further illustration of the invention is based on two figures and the associated Embodiments.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Weiterbildungen der Erfindung sind den beiden Figuren sowie der zugehörigen Beschreibung entnehmbar.Further advantageous embodiments and developments of the invention are the two figures and the associated description removed.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein beispielhaft ausgebildetes System zur Erfassung und/oder Erkennung von Objekten bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen (in Draufsicht), sowie 1 an exemplary trained system for the detection and / or detection of objects in robotic production and manufacturing processes (in plan view), as well as

2 ein beispielhaft ausgebildetes System zur Erfassung und/oder Erkennung von Objekten bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen inkl. Geschwindigkeits- und Entfernungsbestimmung. 2 an exemplary trained system for the detection and / or detection of objects in robotic production and manufacturing processes including speed and distance determination.

In 1 zeigt ein beispielhaft ausgebildetes System zur Erfassung und/oder Erkennung von Objekten bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen, welches Radarwellen zur Bilderkennung einsetzt. Das beispielhaft gezeigte System umfasst eine Datenverarbeitungseinrichtung 2 sowie zwei Radarsensoren 4, welche vor einer Handhabungsvorrichtung 6, hier ein mehrachsiger Industrieroboter, über einem Transportband 8, insbesondere in Transportrichtung fluchtend und einander beabstandet, angeordnet sind. Die Signale der Radarsensoren 4 werden mit Hilfe eines Encoders, welcher in die Datenverarbeitungseinrichtung 2 integrabel ist, in digitale Signale umgewandelt. Diese Signale werden mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 2 in für die Steuer-/Regeleinrichtung 10 des Roboters verwertbare Informationen und/oder Anweisungen umgewandelt und diese mittels wenigstens einer dafür jeweilige Robotersteuerung übermittelt. Diese Informationen können beispielsweise zur genauen Positionierung des Roboters 6 zum jeweiligen Objekt oder Werkstück herangezogen werden.In 1 shows an exemplary trained system for detection and / or detection of objects in robotic production and manufacturing processes, which uses radar waves for image recognition. The system shown by way of example comprises a data processing device 2 as well as two radar sensors 4 which is in front of a handling device 6 , here a multi-axis industrial robot, over a conveyor belt 8th , in particular in the transport direction aligned and spaced apart, are arranged. The signals of the radar sensors 4 be with the help of an encoder, which in the data processing device 2 integrable is transformed into digital signals. These signals are transmitted by the data processing device 2 in for the control device 10 the robot converts usable information and / or instructions and transmits them by means of at least one respective robot controller. For example, this information can be used to accurately position the robot 6 used for the respective object or workpiece.

In 2 ist ein System zur Geschwindigkeits- sowie Entfernungsmessung bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen in gegenüber 1 abgewandelter Ausgestaltung gezeigt, wobei auch hier gemäß 1 zwei Radarsensoren 4 oberhalb eines Transport- oder Förderbandes 8 in Transportrichtung fluchtend und einander beabstandet angeordnet sind. Zudem ist ein weiterer, dritter Radarsensor 4b am Ende des Transportbades 8 vorgesehen, welcher unter Ausnutzung des Dopplereffektes die Transportgeschwindigkeit eines Objektes beziehungsweise des Bandes ermittelt. Weiterhin ist eine Datenverarbeitungseinrichtung 2 vorgesehen, welche Datenverarbeitungseinrichtung 2 mit dem jeweiligen Radarsensor 4, 4b zusammenwirkt und mit welchen, insbesondere, in Kenntnis von Geschwindigkeit und/oder Entfernung wenigstens eines sich mittels eines Transport- 8 oder Förderbandes bewegenden Objektes 12 selbiges erfasst und erkannt, insbesondere hinsichtlich Art und Lage, werden kann und/oder die ermittelten Daten in für eine Steuer-/Regeleinrichtung 10 wenigstens einer Handhabungsvorrichtung 6, im hier gezeigten Beispiel ein sechsachsiger Industrieroboter, insbesondere ein Schweiß- und/oder Lackierroboter, verwertbare Informationen umgewandelt und diesem zur Umsetzung beziehungsweise Verwertung über eine geeignete Schnittstelle übermittelt werden.In 2 is a system for measuring speed and distance in robotic production and manufacturing processes 1 shown modified embodiment, wherein also according to 1 two radar sensors 4 above a conveyor or conveyor belt 8th are aligned in the transport direction and spaced from each other. In addition, another, third radar sensor 4b at the end of the transport bath 8th provided, which determines the transport speed of an object or the band by utilizing the Doppler effect. Furthermore, a data processing device 2 provided, which data processing device 2 with the respective radar sensor 4 . 4b cooperates and with which, in particular, aware of the speed and / or distance of at least one 8th or conveyor belt moving object 12 the same can be detected and recognized, in particular with regard to type and position, can and / or the determined data in for a control / regulating device 10 at least one handling device 6 In the example shown here, a six-axis industrial robot, in particular a welding and / or painting robot, is converted into usable information and transmitted to it for implementation or utilization via a suitable interface.

Das radarbasierte System sowie auf ihm ausführbare Verfahren ermöglichen vorteilhaft eine Erkennung und/oder Erfassung eines auch sich bewegenden Objektes, gegebenenfalls auch der jeweiligen Geschwindigkeit und/oder der Entfernung des Objektes in Relation zu einem vorbestimmbaren Bezugspunkt, unabhängig von den vorherrschenden Lichtverhältnissen und ohne den Aufwand zusätzlicher künstlicher Lichtquellen.The radar-based system as well as on him executable procedure advantageous detection and / or detection of a moving even Object, possibly also the respective speed and / or the distance of the object in relation to a predeterminable Reference point, independent from the prevailing lighting conditions and without the hassle additional artificial Light sources.

Claims (22)

System zur Erfassung und/oder Erkennung von Objekten bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen, wenigstens einen Radarsensor (4, 4b) sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung (2) auf, welche mit dem jeweiligen Radarsensor (4, 4b) zusammenwirkt und mit welchen wenigstens ein Objekt (12), insbesondere ein sich bewegendes Objekt, und/oder dessen jeweilige Position sowie Lage erfassbar und/oder erkennbar und/oder in für eine Steuer-/Regeleinrichtung (10) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (6) verwertbare Informationen umwandelbar sind.System for detecting and / or detecting objects in robotic production and manufacturing processes, at least one radar sensor ( 4 . 4b ) as well as a data processing device ( 2 ), which with the respective radar sensor ( 4 . 4b ) and with which at least one object ( 12 ), in particular a moving object, and / or its respective position and position detectable and / or recognizable and / or in for a control device ( 10 ) at least one handling device ( 6 ) usable information is convertible. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Radarsensoren (4, 4b) eingesetzt sind.System according to claim 1, characterized in that two or more radar sensors ( 4 . 4b ) are used. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweiliger Radarsensor (4, 4b) 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.System according to claim 1 or 2, characterized in that the respective radar sensor ( 4 . 4b ) and data processing device ( 2 ) each about 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 CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, but also USB, RS-232, SCSI or the like cooperate. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schnittstelle vorgesehen ist, über welche die umgewandelten Informationen der Steuer-/Regeleinrichtung (10) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (6), insbesondere einem oder mehreren mehrachsigen Industrierobotern, zuleitbar beziehungsweise übermittelbar sind.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 device ( 10 ) at least one handling device ( 6 ), in particular one or more multi-axis industrial robots, can be supplied or transmitted. System nach Anspruch 4, 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.System according to claim 4, 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. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des jeweiligen Radarsensors (4, 4b) 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.System according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the respective radar sensor ( 4 . 4b ) are 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 in the transmission frequency range of about 24 GHz can be generated. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarsensoren (4, 4b) dabei sowohl eine Sendeeinrichtung als auch eine Empfangseinrichtung für Radarwellen geeigneter Frequenz umfassen und/oder Sende- und Empfangseinrichtung in einem Gerät integrierbar sind.System according to one of the preceding claims, characterized in that the radar sensors ( 4 . 4b ) comprise both a transmitting device and a receiving device for radar waves suitable frequency and / or transmitting and receiving device can be integrated in a device. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Radarsensor (4, 4b) zur Geschwindigkeits- und/Entfernungsbestimmung des jeweiligen Objektes (12) eingesetzt und eingerichtet ist.System according to one of the preceding claims, characterized in that at least one radar sensor ( 4 . 4b ) for determining the speed and / or distance of the respective object ( 12 ) is used and set up. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Radarsensor (4, 4b) als FMCW-(frequency modulated continous wave)Radar, „Modulated CW-Radar" oder als FM-Radar ausgebildet ist.System according to one of the preceding claims, characterized in that at least one radar sensor ( 4 . 4b ) is designed as FMCW (Frequency Modulated Continous Wave) radar, "Modulated CW radar" or FM radar. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (2) einen Decoder beziehungsweise Dekodierer oder Kodierer beziehungsweise Encoder zur Signal- beziehungsweise Impuls- oder Signalverarbeitung und/oder Informationsbereitstellung umfasst.System according to one of the preceding claims, characterized in that the data processing device ( 2 ) comprises a decoder or decoder or encoder or encoder for signal or pulse or signal processing and / or information provision. Verfahren zur Erfassung und/oder Erkennung von Objekten für eine Bearbeitung mittels rechnergesteuerter Handhabungsgeräte gelöst, wobei insbesondere mittels eines Systems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wenigstens ein Objekt (12), insbesondere ein sich bewegendes Objekt, und/oder dessen jeweilige Position sowie Lage radarbasiert erfasst und/oder erkannt beziehungsweise identifiziert wird und/oder die erhaltenen Daten und/oder Signale in für eine Steuer-/Regeleinrichtung (10) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (6) verwertbare Informationen umgewandelt werden.Method for detecting and / or detecting objects for processing by means of computer-controlled handling devices, wherein in particular by means of a system according to one of claims 1 to 10, at least one object ( 12 ), in particular a moving object, and / or its respective position and position radar-based detected and / or detected or identified and / or received data and / or signals in for a control ( 10 ) at least one handling device ( 6 ) usable information is converted. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die verwertbaren Informationen zur Umsetzung über eine entsprechende Kommunikationsverbindung an die Steuer-/Regeleinrichtung (10) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (6), insbesondere ein mehrachsiger Industrieroboter, übermittelt und/oder zur Synchronisation sowie Abstimmung der Bewegungen sowie Positionierung von Handhabungsvorrichtung (6) und Objekt (12), insbesondere Werkstück, verwendet werden.Method according to Claim 11, characterized in that the usable information for conversion via a corresponding communication link to the control device ( 10 ) at least one handling device ( 6 ), in particular a multi-axis industrial robot, transmitted and / or for synchronization and coordination of movements and positioning of handling device ( 6 ) and object ( 12 ), in particular workpiece. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem jeweiligen Radarsensor (4, 4b) mit Sende – sowie Empfangseinrichtung, gerichtete elektromagnetische Wellen gebündelt als sogenanntes Primärsignal ausgesendet und die vom jeweiligen Objekt (12) reflektierten Signale beziehungsweise Echos als sogenanntes Sekundärsignal empfangen werden und/oder im Zusammenwirken mit der Datenverarbeitungseinrichtung (2) nach verschiedenen, vorbestimmbaren Kriterien ausgewertet und/oder das jeweilige Objekt (12) regelbasiert erkannt beziehungsweise positionsgenau erfasst wird.Method according to one of claims 11 or 12, characterized in that with the respective radar sensor ( 4 . 4b ) with transmitting and receiving device, directed electromagnetic waves bundled emitted as a so-called primary signal and the respective object ( 12 ) reflected signals or echoes are received as a so-called secondary signal and / or in cooperation with the data processing device ( 2 ) evaluated according to different, predeterminable criteria and / or the respective object ( 12 ) is detected rule-based or accurately detected position. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei der jeweiligen Messung auf Laufzeiten sowie Laufzeitunterschiede und/oder auch auf den Doppler-Effekt zurückgegriffen wird.Method according to one of claims 11 to 13, characterized that in the respective measurement on maturities and transit time differences and / or also resorted to the Doppler effect becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Radarstrahlen zumindest anteilig reflektierendes Objekt (12), bei hinreichend kleinem Abstand zum Sender, insbesondere nur wenige 10 cm bis wenige Meter, entsprechend einem vorbestimmbaren Raster mit entsprechender Auflösung mittels eines gerichteten Radarstrahls abgetastet wird und/oder die reflektierenden Strukturen des Objektes, insbesondere die Oberflächen von metallischen Objekten beziehungsweise Werkstücken, anhand von Abtastrichtung und Laufzeit der empfangenen Echos rekonstruiert werden.Method according to one of claims 11 to 14, characterized in that a radar beam at least partially reflecting object ( 12 ), at a sufficiently small distance from the transmitter, in particular only a few 10 cm to a few meters, is scanned according to a predeterminable grid with appropriate resolution by means of a directed radar beam and / or the reflective structures of the object, in particular the surfaces of metallic objects or workpieces, based be reconstructed from the scanning direction and duration of the received echoes. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung mit wenigstens einem von oben auf das jeweilige Objekt (12), insbesondere ein weiterzuverarbeitendes Werkstück, gerichteten Radarsensor (4, 4b) durchgeführt, wird, wobei eine 1dim- oder 2-dim Abtastung durchführbar ist.Method according to claim 15, characterized in that the scanning with at least one from above onto the respective object ( 12 ), in particular special weiterzuverarbeitendes workpiece, directed radar sensor ( 4 . 4b ), wherein a 1-dim or 2-dim scan is feasible. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung und Erfassung und/oder Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsmessung mehrere Radarsensoren (4, 4b) eingesetzt werden, 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, insbesondere Werkstücken, reflektierten Wellen, empfängt und registriert.Method according to one of claims 11 to 16, characterized in that for detection and detection and / or distance and / or speed measurement multiple radar sensors ( 4 . 4b ), 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 receives and registers the waves reflected at one or more objects, in particular workpieces , Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Zeitverschiebung zwischen Senden und Empfang beziehungsweise durch die Laufzeitbestimmung der Welle, in Kenntnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit, die Entfernung zum jeweilig reflektierenden Objekt (12) bestimmt wird und/oder unter Ausnutzung des Dopplereffektes und durch Bestimmung einer etwaigen Frequenzverschiebung sich die Geschwindigkeit und Richtung des jeweiligen Objektes (12), insbesondere des jeweiligen Werkstückes, bestimmt wird.Method according to one of claims 11 to 17, characterized in that by the time shift between transmission and reception or by the transit time of the wave, with knowledge of the propagation velocity, the distance to the respective reflecting object ( 12 ) is determined and / or taking advantage of the Doppler effect and by determining a possible frequency shift, the speed and direction of each object ( 12 ), in particular of the respective workpiece is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Radarsensor (4, 4b) 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 eingesetzt wird.Method according to one of claims 11 to 18, characterized in that at least one radar sensor ( 4 . 4b ) is used in the form of an FMCW (Frequency Modulated Continous Wave) radar, a "Modulated CW radar" or an FM radar, the different types of radar also being used in combination. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, 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.Method according to one of claims 11 to 19, 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. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Dekodierers ist auch eine Bereitstellung von Daten/Informationen betreffend die Werkzeuggeschwindigkeit und/oder Entfernung beim Produktionsprozess durchgeführt wird.Method according to claim 20, characterized in that that by means of the decoder is also a provision of data / information concerning the tool speed and / or distance at Production process performed becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Radarsensor (4, 4b) und/oder Datenverarbeitungseinrichtung (2) und/oder Steuer-/Regeleinrichtung (10) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (6) 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.Method according to one of claims 11 to 21, characterized in that radar sensor ( 4 . 4b ) and / or data processing device ( 2 ) and / or control device ( 10 ) at least one handling device ( 6 ) 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 CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, but also USB, RS-232, SCSI or cooperate with one another.
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