DE19601661C1 - Verfahren zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 44 05 376 C1 bekannt.

Mittels einer optoelektronischen Vorrichtung werden die Positionen von Objek­ ten in einem Überwachungsbereich erfaßt. In der Auswerteeinheit der Vor­ richtung sind Konturen von definierten Referenz-Objekten abgespeichert. Dabei kann es sich insbesondere um relativ zur Vorrichtung stationär angeordnete Ob­ jekte handeln oder um Objekte, die sich entlang einer vorgegebenen Bahn im Überwachungsbereich bewegen. Der letztere Fall ist beispielsweise bei Vorrich­ tungen, die auf spurgeführten Fahrzeugen montiert sind, realisiert. Die Objekte sind dann beispielsweise von Wandelementen oder Wänden gebildet, an denen sich das Fahrzeug vorbeibewegt.

Während einer Abtastung überstreichen der Sendestrahl oder gegebenenfalls mehrere Sendestrahlen verschiedener Sender den Überwachungsbereich. Dabei ist der Sendestrahl entsprechend der Ausdehnung des zu detektierenden Objekts mehrfach auf das Objekt gerichtet. Die dabei am Empfänger registrierten Positi­ onsmeßwerte werden in der Auswerteeinheit mit den Sollwerten für die Kontur des Objekts verglichen. Hierzu wird wenigstens ein Toleranzband definiert, wo­ bei die Breite des Toleranzbandes abhängig von der Streuung der Meßwerte ge­ wählt wird; vorzugsweise liegt die Breite des Toleranzbandes in der Größenord­ nung der Standardabweichung der Positionsmeßwerte am Rand des Überwa­ chungsbereichs, d. h. an der Stelle, die am weitesten von der Vorrichtung ent­ fernt ist.

Ein Objekt mit der genannten Kontur gilt dann als erkannt, wenn eine vorgege­ benen Mindestanzahl von Positionsmeßwerten innerhalb des Toleranzbandes re­ gistriert wird.

Der Vorteil dieses Vorgehens besteht darin, daß zur Bewertung, ob ein Objekt mit der bekannten Kontur vorliegt, nicht einzelne Positionsmeßwerte, sondern mehrere über einen Raumbereich verteilte Postionsmeßwerte herangezogen werden.

Für die Erkennung eines Objekts wird lediglich gefordert, daß eine Mindestan­ zahl von Positionsmeßwerten innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Demzufolge kann das Objekt auch dann erkannt werden, wenn einzelne Meß­ werte fehlerhaft sind. Dies bedeutet jedoch nicht, daß die mit diesem Verfahren erzielte Detektionssicherheit geringer ist als bei einer Einzelmessung.

Dadurch ist die Detektionssicherheit bei geeigneter Wahl des Toleranzbandes beträchtlich größer als bei einer Einzelmessung.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, daß eine vollständige Information über die Geometrie der im Überwachungsbereich befindlichen Referenz-Objekte vorliegen muß. Entsprechend den Geometriedaten der Referenz-Objekte sind die in der Auswerteeinheit abgespeicherten Toleranzbänder zu dimensionieren.

Demzufolge ist dieses Verfahren auf die Fälle beschränkt, in welchen die Be­ schaffenheit der Referenz-Objekte bekannt ist und sich diese nicht zeitlich ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde das eingangs genannte Verfahren da­ hingehend zu verbessern, daß es unabhängig von der Beschaffenheit der Refe­ renz-Objekte einsetzbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Ansprüchen 2-14 beschrieben.

Erfindungsgemäß werden im Überwachungsbereich stationär angeordnete Refe­ renz-Objekte mittels des Sendestrahls in mehreren aufeinanderfolgenden Abtast­ ungen vermessen. Durch Mittelung der so ermittelten Postitionswerte wird die Referenzkontur der Referenz-Objekte in der Auswerteeinheit berechnet und ab­ gespeichert. Durch die Mehrfachabtastung wird die Meßsicherheit bei der Er­ mittlung der Referenzkontur erhöht.

Zur Erfassung von in den Überwachungsbereich eindringenden Objekten, insbe­ sondere für den Fall daß diese vor den Referenz-Objekten angeordnet sind, werden die Differenzen der aktuellen Positionsmeßwerte, die bei einer Abtast­ ung ermittelt werden, und den jeweiligen Referenz-Postionswerten, welche die Referenzkontur bilden, in der Auswerteeinheit berechnet.

Diese Differenzwerte werden mittels zweier Toleranzbänder bewertet. Das erste Toleranzband geht von einem Fixpunkt aus, welche von dem kleinsten Diffe­ renzwert gebildet ist und erstreckt sich in Richtung größerer Differenzwerte. An das erste Toleranzband schließt das zweite Toleranzband in Richtung größerer Differenzwerte an.

Die Anzahl der in die Toleranzbänder fallenden Differenzwerte wird in der Aus­ werteeinheit ausgewertet. Ist die Anzahl der in das erste Toleranzband fallenden Differenzwerte größer als die Anzahl der Differenzwerte im zweiten Toleranz­ band, so ist kein Objekt im Überwachungsbereich angeordnet. Im umgekehrten Fall befindet sich ein Objekt im Überwachungsbereich.

Ebenso wie bei dem in der DE 44 05 376 C1 beschriebenen Verfahren wird die Detektionssicherheit bei der Erfassung von Objekten dadurch erhöht, daß zur Entscheidung, ob ein Objekt im Überwachungsbereich angeordnet ist, nicht Ein­ zelmessungen herangezogen werden sondern eine Vielzahl von Meßwerten. Für detaillierte Ausführungen zu den Vorteilen, die sich durch die Auswertung der Meßwerte mittels verschiedener Toleranzbänder ergeben wird auf die DE 44 05 376 C1 verwiesen, deren Inhalt somit in die Offenbarung dieser An­ meldung miteinbezogen wird.

Im Gegensatz zu dem dort beschriebenen Verfahren werden erfindungsgemäß die Differenzwerte der aktuellen und der Referenz-Positionswerte mittels zweier Toleranzbänder bewertet. Ein wesentlicher Vorteil dieses Vorgehens besteht darin, daß diese Differenzwerte unabhängig von den Geometrien der Referenz-Ob­ jekte sind. Demzufolge können die Geometrien der Toleranzbänder unabhängig von den Geometrien der Referenz-Objekte gewählt werden. Vorteilhafterweise sind die Breiten der Toleranzbänder über den gesamten Überwachungsbereich konstant.

Somit sind zu Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens keine Vor­ kenntnisse über die Geometrie der im Überwachungsbereich befindlichen Refer­ enz-Objekte erforderlich. Dies erhöht die Flexibilität und Verfügbarkeit des Ver­ fahrens beträchtlich.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Fixpunkt, von dem das erste Toleranzband ausgeht, von dem kleinsten Differenz­ wert eines Satzes von Differenzwerten ausgeht. Die Differenzwerte sind defin­ iert als Differenz zwischen dem jeweiligen aktuellen Positionswert und dem ent­ sprechenden Referenz-Positionswert. Die Differenzwerte sind demzufolge nega­ tiv, falls ein Objekt vor einem Referenz-Objekt angeordnet ist. Je größer die Ab­ weichung eines aktuellen Meßwerts von dem Referenz-Positionswert ist, desto wahrscheinlicher ist es, daß dieser Meßwert nicht von dem Referenz-Objekt sondern von dem Objekt stammt.

Durch die Wahl des kleinsten Differenzwerts als Fixpunkt ist mit der größt­ möglichen Wahrscheinlichkeit der von einem Objekt stammende Meßwert im ersten Toleranzband. Dadurch wird die Detektionssicherheit bei der Erfassung von Objekten weiter erhöht.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden bei der Berechnung der Differenzwerte die Differenzen von aktuellen und Referenz-Positionswerten mit Gewichtungsfaktoren gewichtet, welche proportional zu den Streuungen der Positionswerte, die zur Berechnung der Referenzkontur verwendet werden, sind.

Dadurch können Unterschiede in der Materialbeschaffenheit der Referenz-Ob­ jekte ausgeglichen werden. Je nach Materialbeschaffenheit der Referenz-Objekte sind die Streuungen der entsprechenden Positionswerte unterschiedlich groß. Durch Gewichtung der Differenzwerte mit zu den Streuungen proportionalen Gewichtungsfaktoren wird erreicht, daß die Quotienten der Differenzen der Positionswerte und der Gewichtungsfaktoren nahezu unabhängig von der Mate­ rialbeschaffenheit der Referenz-Objekte sind. Dies hat den Vorteil, daß die Breiten der Toleranzbänder nicht an die verschiedenen Streuwerte der Ober­ flächen der einzelnen Referenz-Objekte angepaßt werden müssen.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erfassen von Objekten,

Fig. 2 Vorrichtung nach Fig. 1 mit dem von der Vorrichtung überwach­ ten Bereich,

Fig. 3 Positionswerte P_i in Abhängigkeit des Winkels i,

Fig. 4 Referenzkontur R in Abhängigkeit des Winkels i,

Fig. 5 Referenzkontur R gemäß Fig. 4 nach erfolgter Kantenkorrektur,

Fig. 6 Referenzkontur R gemäß Fig. 5 sowie aktuelle Positionswerte Ai in Abhängigkeit des Winkels i,

Fig. 7 Differenzen A_i-R_i der aktuellen und Referenz-Postitionswerte R_i sowie Gewichtungsfaktoren G_i in Abhängigkeit des Winkels i,

Fig. 8 Differenzwerte D_i in Abhängigkeit des Winkels i falls kein Objekt im Überwachungsbereich angeordnet ist,

Fig. 9 Differenzwerte D_i gemäß Fig. 8 falls ein Objekt im Überwa­ chungsbereich angeordnet ist.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Erfassen von Objekten 2 dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 1 als eine einen Sender 3 und einen Empfänger 4 aufweisende optoelektronische Vorrichtung 1 ausgebil­ det. Prinzipiell braucht die Vorrichtung 1 nicht als optoelektronische Vorrich­ tung 1 ausgebildet sein, so daß der Sender 3 Sendestrahlen 5 emittiert, die bei­ spielsweise von Ultraschallstrahlbündeln oder Mikrowellenstrahlen gebildet sind.

Der Sender 3 emittiert im vorliegenden Ausführungsbeispiel Sendelichtstrahlen 5, die mittels einer Sendeoptik 6 fokussiert werden. Der Sender 3 ist zweckmäß­ igerweise als Laserdiode ausgebildet. Das fokussierte Sendelicht 5 wird über eine Ablenkvorrichtung 7 abgelenkt. Die Ablenkvorrichtung 7 ist von einem über einen Motor 8 angetriebenen, rotierenden Drehspiegel 9 ausgebildet, der den Sendelichtstrahl 5 über den Überwachungsbereich 10, der in diesem Fall die Form einer Ebene aufweist, führt. Durch die Rotation der Ablenkvorrichtung 7 wird der zu überwachende Bereich 10 periodisch abgetastet.

Während einer Abtastung, d. h. während einer Umdrehung der Ablenkvorrich­ tung 7, wird der in Fig. 1 dargestellte halbkreisförmige Überwachungsbereich 10 einmal vom Sendelichtstrahl 5 vollständig überstrichen.

Der Sendelichtstrahl 5 trifft auf das Zentrum des Drehspiegels 9 und wird vom Drehspiegel 9 auf das Objekt 2 geführt. Die von einem Objekt 2 diffus reflek­ tierten Empfangslichtstrahlen 11 werden vom Randbereich des Drehspiegels 9 über eine Empfangsoptik 12 dem Empfänger 4 zugeführt. Der Empfänger 4 ist vorzugsweise als Fotodiode ausgebildet.

Alternativ zur Ablenkvorrichtung 7 können mehrere jeweils nebeneinander lie­ gend angeordnete Sender 3 und Empfänger 4 zur Überwachung des Bereichs eingesetzt werden. In diesem Fall ist die Vorrichtung 1 zweckmäßigerweise als Lichtgitter ausgebildet.

Zur Bestimmung der Position der Objekte 2 im Überwachungsbereich 10 wird mit der Vorrichtung 1 die Distanz des Objekts 2 zur Vorrichtung 1 bestimmt. Die Entfernungsmessung erfolgt zweckmäßigerweise nach dem Phasenmeßprin­ zip.

Das Sendelicht wird über einen Oszillator 13 mit einer Frequenz f amplituden­ moduliert. Zur Bestimmung der Distanz des Objekts 2 von der Vorrichtung 1 wird die Phasendifferenz zwischen dem Sendelichtstrahl 5 und dem vom Objekt 2 reflektierten Empfangslichtstrahl 11 gemessen und in einen Entfernungswert umgerechnet.

Dem Empfänger 4 ist ein Phasendetektor 14 nachgeschaltet. Dort wird das vom Oszillator 13 zum Sender 3 geführte Sendesignal und das am Ausgang des Empfängers 4 anstehende Empfangssignal in Signale umgesetzt, die die Phasen­ differenz zwischen Sende- und Empfangssignal enthalten.

Hierzu werden die Sende- und Empfangssignale auf phasenempfindliche Gleich­ richter 15, 16 geführt. Die Signale an den Ausgängen der phasenempfindlichen Gleichrichter 15, 16 enthalten jeweils einen Faktor, der die Phasendifferenz ent­ hält, sowie einen Amplitudenfaktor, der ein Maß für die Empfangslichtintensität ist.

Zur Elimination der Amplitudenfaktoren wird das Empfangssignal jeweils einem dem Gleichrichter 15, 16 nachgeschalteten Tiefpaß 17, 18 zugeführt, wobei die Gleichrichter 15, 16 über einen Phasenschieber 19 um π/2 phasenversetzt sind.

An den Ausgängen der Tiefpässe 17, 18 liegen Signale der Form A · sin Δ ϕ und A · cos Δ ϕ an, wobei A der Amplitudenfaktor und Δ ϕ die Phasendiffe­ renz von Sende- und Empfangssignal darstellt. In einer Auswerteeinheit 20, die eine Rechnereinheit, vorzugsweise einen Microcontroller, aufweist,wird der Quotient tan Δ ϕ der beiden Signale gebildet, wodurch der Amplitudenfaktor A eliminiert wird. Anschließend wird aus der Phasendifferenz Δ ϕ der Entfer­ nungswert bei bekannter Modulationsfrequenz f berechnet.

Der Entfernungswert wird zusammen mit einem mittels an der Ablenkvorrich­ tung 7 angeordneten, in den Zeichnungen nicht dargestellten Winkelgeber ermit­ telten Winkel, unter dem das Sendelicht ausgesendet wird, in der Auswerteein­ heit 20 gespeichert. Dieser Winkel ergibt zusammen mit dem Entfernungswert die Absolutposition des Objekts 2 im Überwachungsbereich 10.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des in Fig. 2 darge­ stellten Anwendungsbeispiels erläutert.

Die optoelektronische Vorrichtung 1 ist am Rand des Überwachungsbereiches 10 ortsfest angeordnet. Durch die Ablenkvorrichtung 7 werden die Sendelicht­ strahlen 5 entlang einer Halbebene geführt. Im dargestellten Anwendungsbei­ spiel ist der Überwachungsbereich 10 von einer Kreislinie begrenzt, die in vor­ gegebenem Abstand zur Vorrichtung 1 verläuft.

Innerhalb des Überwachungsbereiches 10 sind zwei Referenz-Objekte 2′ statio­ när angeordnet. Die Referenz-Objekte 2′ können von Maschinen oder derglei­ chen gebildet sein.

Zur Erfassung der Konturen der Referenz-Objekte 2′ werden diese mit der Vor­ richtung 1 mehrfach abgetastet, wobei kein Objekt 2 im Überwachungsbereich 10 angeordnet ist. Die Anzahl der Abtastungen ist über die Auswerteeinheit 20 vorgegebbar und liegt typischerweise in der Größenordnung von 30-100 Ab­ tastungen. Bei jeder Abtastung werden die Postitionwerte P_i der Referenz- Objekte 2′ wie in Fig. 3 dargestellt ermittelt.

Aus den verschiedenen Sätzen dieser Postitionswerte P_i wird in der Auswerte­ einheit 20 durch Mittelwertbildung die Referenzkontur R, welche sich aus ein­ zelnen Referenz-Positionswerten R_i zusammensetzt, berechnet. Diese Referenz­ kontur R ist in Fig. 4 dargestellt.

Je größer die Winkelauflösung der Vorrichtung 1 ist, desto mehr Referenz-Posi­ tionswerte R_i werden ermittelt und desto genauer ist die Erfassung der Referenz­ kontur R.

Zweckmäßigerweise werden aus den verschiedenen Sätzen der Postitionsmeß­ werte P_i auch deren Steuungen σ_i berechnet, wobei σ_i die Streuung des Refe­ renz-Positionswerts R_i bei der Winkelposition i darstellt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, erstrecken sich die Referenz-Objekte 2′ nicht über den gesamten Überwachungsbereich 10. Daher trifft in bestimmten Winkelposi­ tionen der Sendelichtstrahl 5 auf keines der Referenz-Objekte 2′, was einem Entfernungswert unendlich oder zumindest außerhalb des Überwachungsbereichs 10 entspricht. Zweckmäßigerweise wird in diesem Fall der Positionswert P_i auf den Wert des Randes des Überwachungsbereichs 10 gesetzt. Dessen Entfernung zur Vorrichtung 1 in Abhängigkeit der Winkelposition des Sendelichtstrahl 5 ist in der Auswerteeinheit 20 abgespeichert.

Die dem freien Strahlengang entsprechenden Positionswerte P_i sind in Fig. 4 ab­ gesetzt von der Referenzkontur R und ergänzen diese so, daß sich die Referenz­ kontur R über die gesamte Breite des Überwachungsbereichs 10 erstreckt.

Zwischen den Teilstücken der Referenzkontur R, welche dem freien Strahlen­ gang entsprechen, und dem Rest der Referenzkontur R entsteht ein unstetiger Übergang, welcher der Position der Kanten der Referenz-Objekte 2′ entspricht.

Insbesondere durch mechanische Ungenauigkeiten der Ablenkvorrichtung 7 kann bei verschiedenen Abtastungen die Kante eines Referenz-Objekts 2′ in un­ terschiedlichen Winkelstellungen erfaßt werden. Dadurch können sich einzelne Positionswerte P_i sprunghaft ändern, da unter dem entsprechenden Winkel i ein­ mal eine Kante eines Referenz-Objekts 2′ einmal erfaßt und dann einmal nicht mehr erfaßt wird.

Um derartige Meßfehler bei der Auswertung zu unterdrücken wird der Wert des Referenz-Positionswerts R_i, welcher einer Kante eines Referenz-Objekts ent­ spricht, auch für den benachbarten Referenz-Positionswert Referenz-Positions­ wert R_i+1 bzw. R_i-1 übernommen, welcher bereits der dem freien Strahlengang entspräche. Durch diese Kantenkorrektur wird die in Fig. 5 dargestellte Refe­ renzkontur R erhalten.

Zweckmäßigerweise wird in der Auswerteeinheit 20 eine Referenzkontur R ver­ worfen, wenn sie von weniger als einer Mindestanzahl von N Referenz-Posi­ tionswerten R_i gebildet ist, wobei N im Bereich 15-30 liegt. Diese Begrenzung ist deshalb erforderlich, weil während des Arbeitsbetriebes vorwiegend Objekte 2 erkannt werden sollen, die vor der Referenzkontur R angeordnet sind. Um eine möglichst hohe Detektionssicherheit zu erhalten werden Meßwerte nicht nur vom Objekt 2 sondern auch vom dahinter angeordneten Referenz-Objekt 2′ be­ nötigt. Entsprechend der Orts- und Winkelauflösung der Vorrichtung 1 können Objekte 2 nur dann erkannt werden, wenn sie einen Mindestdurchmesser auf­ weisen. Bei Überwachungsbereichen 10, die typischerweise bis zu einer Distanz von 5 m Abstand von der Vorrichtung 1 erstrecken, weisen die kleinsten auflös­ baren Objekte 2 Durchmesser von der Größenordnung von 50 mm auf, wodurch sich die Mindestgröße der Referenzkontur R und sich die Mindestanzahl N er­ gibt.

Ebenso wird eine Objektmeldung als ungültig verworfen, wenn ein Objekt 2 nicht wenigstens mit einer vorgegebenen Anzahl M von Positionswerten P_i er­ kannt wird. Zweckmäßigerweise liegt M im Bereich 2M5.

Die Ermittlung der Referenzkontur R kann zweckmäßigerweise vor Beginn des eigentlichen Arbeitsbetriebs der Vorrichtung 1 , während dessen die Erfassung von Objekten 2 im Überwachungsbereich 10 erfolgt, erfolgen.

Alternativ kann zu Zwecken der Nachkalibrierung der Vorrichtung 1 die Be­ rechnung der Referenzkontur R in vorgegebenen Zeitabständen auch während des Arbeitsbetriebs wiederholt werden.

Voraussetzung hierfür ist, daß während der Zeitintervalle, in denen die Be­ rechnung der Referenzkontur R erfolgt, lediglich die Referenz-Objekte 2′, je­ doch keine Objekte 2 im Überwachungsbereich 10 vorhanden sind.

Hierzu weist die Vorrichtung 1 zweckmäßigerweise eine Objektmeldungsein­ richtung auf, welche anzeigt, ob sich ein Objekt 2 im Überwachungsbereich 10 befindet. Die Objektmeldungseinrichtung wird zweckmäßigerweise von der Aus­ werteeinheit 20 angesteuert. Nur wenn keine Objektmeldung erfolgt, wird die Berechnung der Referenzkontur R durchgeführt.

Zur Erfassung von Objekten 2 im Übewachungsbereich 10 wird dieser von der Vorrichtung 1 fortlaufend abgetastet. Die Auswertung erfolgt mittels zweier Toleranzbänder T₁, T₂ wie nachstehend ausführlich erläutert wird. Die während einer Abtastung ermittelten aktuellen Positionswerte A_i werden fortlaufend mit den jeweiligen Referenzpositionswerten R_i der Referenzkontur R in der Aus­ werteeinheit verglichen (Fig. 6).

Alternativ können die aktuellen Positionswerte A_i über eine bestimmte Anzahl von Abtastungen gemittelt werden. In diesem Fall werden die gemittelten aktuellen Positionswerte A_i mit der Referenzkontur R verglichen.

Dieses Vorgehen hat den Vorteil, daß die Streuungen der aktuellen Positions­ werte A_i reduziert werden.

Zur Auswertung werden nicht die aktuellen Positionswerte A_i unmittelbar ausge­ wertet, sondern die Differenzen der aktuellen Positionswerte A_i und der Refe­ renz-Positionswerte R_i.

Im einfachsten Fall werden Differenzwerte D_i gebildet, welche den Differenzen A_i-R_i entsprechen:

D_i = A_i-R_i.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Differenzen A_i - R_i mit Gewichtungsfaktoren G_i gewichtet, so daß gilt:

D_i = (A_i-R_i)/G_i

Die Gewichtungsfaktoren G_i sind proportional zu den Streuungen σi der Refe­ renz-Positionswerte R_i:

G_i = σ_i/K

K ist eine Konstante, die zweckmäßigerweise an die Breiten der Toleranzbänder T₁, T₂ angepaßt ist. Zweckmäßigerweise liegt die Konstante K im Bereich 20- 40 mm.

Das erste Toleranzband T₁ geht vom Fixpunkt F aus, welcher von dem kleinsten Differenzwert D_i eines Satzes von Differenzwerten D_i über den gesamten Win­ kelbereich gewonnen wird (Fig. 8, 9).

Das erste Toleranzband T₁ erstreckt sich vom Fixpunkt F in Richtung größerer Differenzwerte D_i. An das erste Toleranzband T₁ schließt sich das zweite Tole­ ranzband T₂ in Richtung größerer Differenzwerte D_i an. Die Differenzwerte D_i sind unabhängig von den Geometrien der Referenz-Objekte 2′.

Sind im Überwachungsbereich 10 keine Objekte 2 sondern lediglich Referenz- Objekte 2′ vorhanden, so schwanken die Differenzwerte D_i entsprechend der Streuungen σ_i um den Wert Null. Größere Abweichungen entstehen lediglich durch die Kantenkorrekturen der Referenzkontur R, wodurch sich größere Ab­ weichungen in Richtung positiver Differenzwerte ergeben. In Fig. 8 und Fig. 9 sind jeweils drei derartige Abweichungen erkennbar. Diese sind jedoch unkri­ tisch, da die Abweichungen in Richtung größerer Distanzwerte gehen und bei der Auswertung nicht zu einem gefahrbringenden Zustand führen. Die aktuellen und Referenzpositionswerte A_i, R_i für die Bereiche, in welchen die Sendelicht­ strahlen 5 auf kein Referenzobjekt 2′ treffen werden jeweils auf den Wert des Randes des Überwachungsbereichs 10 gesetzt, so daß die entsprechenden Differ­ enzwerte D_i exakt den Wert Null annehmen.

Falls die Differenzwerte D_i mit den Gewichtungsfaktoren G_i gewichtet sind, sind diese nicht nur unabhängig von den Geometrien der Referenz-Objekte 2′ sondern auch weitgehend unabhängig von deren Materialbeschaffenheit, da die oberflächenbedingten Unterschiede der Streuungen der Referenz-Positionswerte P_i durch die Gewichtungsfaktoren G_i, welche proportional zu den Streuungen σ_i sind, kompensiert werden.

Aufgrund dessen kann die Dimensionierung der Toleranzbänder T₁, T₂ unab­ hängig von deren Materialbeschaffenheit und Geometrie gewählt werden. Zweckmäßigerweise sind die Breiten beider Toleranzbänder T₁, T₂ über den ge­ samten Überwachungsbereich 10 konstant (Fig. 8, 9).

Die Breiten der Toleranzbänder T₁, T₂ sind an die Mindestobjektgrößen sowie die minimalen Distanzen der Objekte 2 zu den Referenz-Objekten 2′ angepaßt. Zudem sind die Breiten der Toleranzbänder T₁, T₂ an die Streuungen σ_i der ak­ tuellen und Referenz-Positionswerte R_i angepaßt. Im vorliegenden Fall liegt die Mindestobjektgröße in der Größenordnung von 50 mm und die kleinste Distanz eines Objektes 2 zum Referenz-Objekt 2′ liegt im Bereich zwischen 10 und 30 mm. Da bei der Auswertung mittels der gewichteten Differenzwerte D_i Quo­ tienten R_i/G_i nahezu unabhängig von den Streuungen σ_i sind, sind in diesem Fall die Toleranzbänder T₁, T₂ allein an die Streuungen σ_i der von den Objekten 2 stammenden aktuellen Positionswerte A₁ anzupassen.

Zweckmäßigerweise sind die Breiten der Toleranzbänder T₁, T₂ größer als die Streubreite der Positionswerte A_i, P_i, wobei der Absolutbetrag der Breiten der Toleranzbänder T₁, T₂ davon abhängt, ob die Differenzwerte D_i mit den Gewich­ tungsfaktoren G_i gewichtet sind oder nicht.

Im vorliegenden Beispiel erweist es sich als zweckmäßig die Breiten der Toler­ anzbänder T₁, T₂ im Bereich zwischen 40 und 200 mm zu dimensionieren.

Im vorliegenden Fall weist das erste Toleranzband T₁ eine Breite von 80 mm, das zweite Toleranzband T₂ eine Breite von 160 mm auf.

Bei dem in Fig. 8 dargestellten Beispiel ist im Überwachungsbereich 10 kein Objekt 2 angeordnet. Lediglich die beiden Referenz-Objekte 2′ befinden sich im Überwachungsbereich 10. Der Fixpunkt F stammt daher von einem der Posi­ tionswerte eines Referenz-Objektes 2′. Fig. 8 zeigt die während einer Abtastung ermittelten Differenzwerte D_i in Abhängigkeit der Winkelposition des Sende­ strahls 5 sowie der Lage der Toleranzbänder T₁, T₂.

Da die Breite des ersten Toleranzbandes T₁ an die Streubreite der Positionswerte P_i angepaßt ist, ist gewährleistet, daß entsprechend der Normalverteilung der Streuung der Positionswerte P zumindest ca. 68% der Differenzwerte D_i in das erste Toleranzband T₁ fallen. Diesbezüglich wird auf den Inhalt der DE 44 05 376 C1 verwiesen.

Somit liegen in jedem Fall beträchtlich mehr Differenzwerte innerhalb des ersten Toleranzbandes T₁ als im zweiten Toleranzband T₂.

Bei dem in Fig. 9 dargestellten Beispiel ist im Überwachungsbereich 10 ein Ob­ jekt 2 in Abstand vor einem Referenz-Objekt 2′ angeordnet, wobei die Ausdeh­ nung des Objektes 2 beträchtlich kleiner als die Ausdehnung des Referenzobjek­ tes 2′ ist.

In diesem Fall stammt der Fixpunkt F von einem Positionswert P_i des Objektes 2. Die Ausdehnung des Objektes 2 ist so gering, daß das Objekt 2 lediglich mit­ zwei Messungen erfaßt wird, so daß außer dem Fixpunkt F selbst nur der in Fig. 9 mit D_obj gekennzeichnete Differenzwert vom Objekt 2 stammt.

Da die Breiten der Toleranzbänder T₁, T₂ sowohl an die Mindestabstände des Objekts 2 zum Referenz-Objekt 2′ sowie in die Mindestgröße des Objekts 2 so­ wie die Streubreiten der Differenzwerte D_i angepaßt sind, fallen lediglich die beiden vom Objekt 2 stammenden Differenzwerte D_obj und F in das erste Tole­ ranzband T₁. Alle anderen Differenzwerte D_i, nämlich die dem freien Strahlen­ gang entsprechenden sowie die von den Referenz-Objekten 2′ stammenden, fallen in das zweite Toleranzband T₂.

Somit kann in der Auswerteeinheit 20 auf einfache Weise unterschieden wer­ den, ob sich ein Objekt 2 im Überwachungsbereich 10 befindet oder nicht.

Im Überwachungsbereich 10 ist kein Objekt 2 angeordnet, wenn in das erste Toleranzband T₁ mehr Differenzwerte D_i fallen als in das zweite Toleranzband T₂. Fallen dagegen in das erste Toleranzband T₁ weniger Differenzwerte D_i als in das zweite Toleranzband T₂, so gilt ein Objekt 2 als erkannt.

Zusätzlich wird in der Auswerteeinheit 20 überprüft, ob die Bedingungen hin­ sichtlich der geforderten Mindestgrößen M und N erfüllt sind.

Dieses Verfahren ist im allgemeinen selbst dann anwendbar, wenn das oder die Objekte 2 eine vergleichbare Größe wie die Referenz-Objekte 2′ aufweisen. Voraussetzung hierfür ist lediglich, daß der Abstand der Objekte 2 zu den Re­ ferenz-Objekten 2′ so groß ist, daß diese mittels der Toleranzbänder T₁, T₂ unterscheidbar sind.

Problematisch wäre lediglich, wenn die Objekte 2 dieselben Konturen wie die Referenz-Objekte 2′ selbst aufweisen, was jedoch im allgemeinen sehr unwahr­ scheinlich ist.

Claims (14)

1. Verfahren zum Erfassen von in einen Überwachungsbereich (10) ein­ dringenden Objekten (2) mittels einer Vorrichtung (1) mit wenigstens einem Sender (3), wenigstens einem Empfänger (4) und einer Auswerte­ einheit (20), wobei zur Erfassung der Positionen von Objekten (2) ein vom Sender (3) emittierter Sendestrahl (5) den Überwachungsbereich (10) über­ streicht und die Konturen von stationären Referenz-Objekten (2′) im Über­ wachungsbereich (10) die Positionsmeßwerte für die entsprechenden Re­ ferenz-Objekte (2′) in der Auswerteeinheit (20) als Referenz-Positionswerte R_i abgespeichert sind, und wobei zur Erkennung eines Objektes (2), das im Strahlengang des Sendestrahls (5) vor einem Referenz-Objekt (2′) an­ geordnet ist, im Überwachungsgereich (10) von einem Fixpunkt F ausge­ hend Toleranzbänder T₁, T₂definiert werden und die in die Toleranzbänder T₁, T₂ fallenden Positionswerte in der Auswerteeinheit (20) ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturen der Referenz-Objekte (2′) mehrfach von dem Sendestrahl (5) abgetastet werden und aus den so ermittelten Sätzen von Positionswerten P die Mittelwerte ermittelt werden, welche die die Referenzkontur R bildenden Referenz-Positionswerte R_i bilden, daß nach Ermittlung der Referenzkontur R zur Erfassung der Objekte (2) Differenzwerte D_i der aktuellen Positionswerte A_i und der Re­ ferenz-Positionswerte R_i D_i = (A_i-Rj)berechnet werden, daß der Fixpunkt F vom kleinsten der Differenzwerte D_i gebildet ist, daß das erste Toleranzband T₁ von dem Fixpunkt ausgeht und sich in Richtung größerer Differenzwerte erstreckt, daß das zweite Toleranzband T₂ sich an das erste Toleranzband T₁ Richtung größerer Differenzwerte anschließt, und daß das Objekt (2) als erkannt gilt, wenn die Anzahl der Differenzwerte D_i in dem ersten Toleranzband T₁ kleiner ist als die Anzahl der Differenzwerte D_i in dem zweiten Toleranzband T₂.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Objekte (2) gewichtete Differenzwerte D_i mit D_i = (A_i-R_i)/G_igebildet werden, wobei die Gewichtungsfaktoren G_i proportional zu den Streuungen σ_i der Positionsmeßwerte P_i sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewich­ tungsfaktor G_i gleich dem Quotienten G_i = σ_i/Kist, wobei K eine Kostante ist, welche an die Breiten der Toleranzbänder T₁, T₂ angepaßt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante K im Bereich 20-30 mm liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß bei freiem Strahlengang der Positionswert P_i bzw. der aktuelle Positions­ wert A_i durch den dem Rand des Überwachungsbereichs (10) entsprechen­ den Wert ersetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Referenzkontur R in der Auswerteeinheit (20) als ungültig verworfen wird, wenn diese nicht von wenigstens N verschiedenen Referenz-Posi­ tionswerten R_i gebildet ist, wobei N vorzugsweise im Bereich von 15-30 liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Objekterkennung in der Auswerteinheit (20) als ungültig verworfen wird, wenn das Objekt (2) nicht wenigstens mit M verschiedenen aktuel­ len Positionswerten A_i erfaßt wird, wobei M vorzugsweise im Bereich von 2-5 liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei aufeinanderfolgenden Referenz-Positionswerten R_i und R_i+1 bzw. R_i-1, wobei der Referenz-Positionswert R_i der Kante eines Referenz-Ob­ jekts (2′) entspricht und der Referenz-Positionswert R_i+1 bzw. R_i-1, dem Wert bei freiem Strahlengang entspricht, der Referenz-Positionswert R_i+1 bzw. R_i-1 auf den Wert des ersten Referenz-Positionswertes R_i gesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breiten der Toleranzbänder T₁, T₂ konstant sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Breiten der Toleranzbänder T₁, T₂ von der gleichen Größenordnung wie die kleinste Objektgröße und die kleinste Distanz eines Objektes (2) zur Referenzkontur R sind.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Breiten der Toleranzbänder T₁, T₂ an die Streuungen σ_i der aktuellen A_i und Referenz-Positionswerte R_i angepaßt sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Breiten der Toleranzbänder T₁, T₂ im Bereich von 40-200 mm lie­ gen.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1- 12, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuellen Positionswerte A_i über mehrere Abtastungen ermittelt werden und aus den bei den einzelnen Abtastungen ermittelten Werten die Mittel­ werte gebildet werden, welche zur Differenzbildung mit den Referenz- Positionswerten R_i herangezogen werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Referenzkontur R in vorgegebenen Zeitabständen wie­ derholt wird.