CN108027258B - 用于可靠地确定对象的位置的装备和方法 - Google Patents

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Abstract

为了提供关于对象(1)和路径(2)之间的相对移动的对象(1)的位置的可靠确定，提供了一种装备，包括：附连到对象(1)或集成在对象(1)中的检测器(3)，至少一个标记(4)沿着路径(2)定位，其中该至少一个标记(4)被检测器(3)在其空间检测范围(5)内检测到，以确定对象(1)相对于标记(4)的位置，其特征在于：用于提供可定义的信号或信号序列或图形表示(7、8)或图形表示序列的生成装置，其中该信号或信号序列或图形表示(7、8)或图形表示序列被检测器(3)在其空间检测范围(5)内检测到，以及用于验证所提供的信号或信号序列或图形表示(7、8)或图形表示序列与由检测器(3)检测到的相应数据的一致性或关系的评估装置(6)。此外，相应的方法被主张。

Description

用于可靠地确定对象的位置的装备和方法
本发明涉及用于可靠地确定关于对象和路径之间的相对移动来的对象的位置的装备，包括：附连到对象或被集成在对象中的检测器，至少一个标记沿着该路径定位，其中该至少一个标记被该检测器在其空间检测范围内检测到，以确定对象相对于标记的位置。
此外，本发明涉及用于可靠地确定关于对象和路径之间的相对移动的对象的位置的方法，其中检测器被附连到对象或被集成在对象中，其中至少一个标记沿着路径定位，并且其中至少一个标记被该检测器在其空间检测范围内检测到，以确定对象相对于该标记的位置。
从US 2009/0067673 A1知晓用于可靠地确定对象的位置的装备和方法。该文献示出了用于可靠地确定关于对象和路径之间的相对移动的对象的位置的装备和方法。特别地，车辆形式的对象沿着路径移动，其中相机形式的检测器被附连到对象并且代码元素形式的多个标记沿着路径被定位。相机在其空间检测范围内检测到标记，以便确定车辆相对于标记的定位。
已知的装备和方法经常应用在不同的工业领域中，其中确定关于对象和路径之间的相对移动的对象的位置对于可靠的工业过程而言是非常重要的。因此，对此类装备和方法的开发者而言提高此类装备和方法的可靠性水平是目标。例如，如果检测器或相机无法正常工作，则关于位置确定的错误有时会引起用户或装备的重大问题或损坏风险。
存在已知装备和方法的增强，其包括用于验证第一检测器或相机的正确运行的第二检测器或相机。此类第二检测器或相机揭示第一检测器或相机的运行错误，诸如冻结图像或第一检测器或相机的相应分析或处理软件的挂起。
然而，具有用于提供冗余监视信道的第二检测器或相机的此类解决方案是高成本的并需要大量的安装空间。
因此，本发明的目的是通过经济且节省空间的手段来改进和进一步开发用于可靠地确定关于对象和路径之间的相对移动的对象的位置以提供对象的位置的可靠确定的装备和方法。
根据本发明，前述目的是通过包括权利要求1的特征的装备来完成的。本发明装备的特征在于：用于提供可定义的信号或信号序列或图形表示或图形表示序列的生成装置，其中该信号或信号序列或图形表示或图形表示序列被检测器在其空间检测范围内检测到，以及用于验证所提供的信号或信号序列或图形表示或图形表示序列与由检测器检测到的相应数据的一致性或关系的评估装置。
此外，前述目的是通过根据权利要求12的方法来完成的。本发明方法的特征在于：可定义的信号或信号序列或图形表示或图形表示序列由生成装置提供，其中该信号或信号序列或图形表示或图形表示序列被检测器在其空间检测范围内检测到，以及所提供的信号或信号序列或图形表示或图形表示序列与由检测器检测到的相应数据的一致性或关系由评估装置验证。
根据本发明，首先已经认识到，不需要使用第二检测器或相机来提供关于确定对象的位置的经增强的可靠性。此外，已经认识到用于提供可定义的信号或信号序列或图形表示或图形表示序列的生成装置的置备形成了以智能方式实现上述目标的基础。所述被提供的信号或信号序列或图形表示或图形表示序列可被检测器在其空间检测范围内检测。借助于合适的评估装置，可验证所提供的信号或信号序列或图形表示或图形表示序列与被检测器检测到的相应数据的一致性或关系。因此，检测器或相机的功能可通过评估由所述生成装置提供的附加信号或信号序列或图形表示或图形表示序列来验证。如果检测器或相机的图像被冻结或如果软件已挂起，则检测器将检测不到相应的数据并且检测器可被认定为发生故障或不能运行。在此类状况下可发起相应的维护活动。
因此，借助于本发明的装备和方法，可通过经济且节省空间的手段来提供可靠地确定关于对象和路径之间的相对移动的对象的位置，因为可避免置备额外的检测器或相机。
在优选实施例中，由生成装置提供的信号或信号序列可以是光学或声学信号或信号序列。信号或信号序列必须适应检测器的检测能力并且可取决于各个应用状况。在另一优选实施例中，图形表示或图形表示序列可由生成装置提供以为检测器提供非常复杂化和多样化的输入。此类图形表示或图形表示序列可包括代码、代码序列、二进制代码、条形码或数据矩阵码或其组合或叠加。此类图形表示或图形表示序列可通过个体图形表示或图形表示的一部分的不同颜色来进一步多样化。优选地，可通过叠加具有不同颜色(例如红色和绿色)的至少两个数据矩阵码来提供数据矩阵码。极个别的图形表示可通过此类组合或叠加被提供。
关于非常有效和可靠地评估所提供的信号或图形表示与由检测器检测到的相应数据的一致性或关系，生成装置可包括至少一个光源，其发射至少一个可定义的光颜色或光色谱以照射相应颜色的图形表示或图形表示序列，从而取决于至少一个照射光颜色或光色谱，图形表示或图形表示的一部分由检测器以可预定义的强度和/或颜色可见或不可见。例如，如果光源发射红光，则检测器几乎看不到红色图形表示，而绿色图形表示将被检测为暗表示。如果图形表示包括红色和绿色部分，则只会检测到绿色部分。因此，取决于照射光颜色，只有图形表示的一部分是检测器可见的。
关于本发明的装备和方法的非常简单且经济的实现，彩色图形表示或图形表示序列和至少一个标记是相同的。换言之，如果由至少一个光源发射相应的光颜色或光色谱，则已经提供的至少一个标记可被用作将由检测器检测的图形表示。通过适当选择发射光颜色或光色谱，可通过所选照射光颜色来改变标记的可检测部分。可检测部件和/或可检测强度的此类变化被用于验证检测器的功能。不必提供附加的图形表示，因为在此类实施例中已使用了现有的标记。
为了实现检测器的功能的非常可靠的验证，生成装置可包括控制单元，该控制单元用于定义至少一个光源的照射序列以提供检测器的图形表示或图形表示的一部分的可见性的改变。具体而言，控制单元可定义用于提供具有预定义的照射持续时间和照射中断的照射序列的个体照射时间表。因此，生成装置可提供极具选择性的照射序列。
在优选实施例中，生成装置可包括用于定义至少一个光源的至少一个光颜色或光色谱的控制单元。借助于此类控制单元，可在照射或照射序列期间验证光颜色或光色谱。
通常，可在可定义的时间间隔之后提供至少一个光源的照射或照射序列，以周期性地提供对检测器的功能检查。
在进一步的优选实施例中，评估装置可被设计成用于取决于验证过程的结果来提供控制信号、指示或活动。如果验证过程指示检测器可靠地运行，则评估装置可向监视用户提供相应的肯定控制信号或指示。通常，在这种情况下不需要进一步的活动，因为该装备以必要的方式运行。然而，如果验证过程的结果是检测器发生故障或不能运行，则可提供警告控制信号或指示，使得监视用户可通过可能停止装备或方法来作出相应的反应。所提供的活动可以是例如对象与路径之间的相对移动的中断过程。
根据各个状况，控制信号可以是光学、声学或电子控制信号。光学信号可以是警告照射。声学信号可以是报警喇叭。电子控制信号可以是电气或电子脉冲，其可被提供给其他电子或机械装备。
在优选实施例中，检测器可以是数字相机、CCD传感器或任何其他合适的光学传感器。
在具体实施例中，对象可以是相对于路径移动的车辆。在此上下文中，强调根据本发明的对象的位置确定意味着关于对象和路径之间的相对移动的对象的位置。换言之，对象可相对于路径移动，或者路径可相对于对象移动。例如，旋转轴可设置有标记，该标记可通过附连到固定对象或框架的非移动检测器来检测。在此实施例中，对象相对于旋转轴的位置可被确定。
在进一步的实施例中，该至少一个标记可包括代码、代码序列、二进制代码、条形码或数据矩阵码或其组合或叠加。这种类型的标记可附加地被用于提供如前所述的可定义的信号或信号序列或图形表示或图形表示序列。其他类型的标记也可在本发明的各实施例中使用。
存在以有利的方式设计并进一步开发本发明的示教的若干方式。为此，一方面将参考从属于专利权利要求1的专利权利要求，另一方面将参考附图所解说的本发明的优选实施例的以下解释。结合借助附图对本发明的优选实施例的解释，示教的优选实施例和进一步开发将被解释。在附图中：
图1是根据本发明的装备的实施例的示意图，
图2是用于图1的实施例的生成装置的示意性和部分透视图，
图3是用于生成装置的图形表示的各种实施例的示意图，
图4是用于生成装置的图形表示的另一实施例的示意图，以及
图5是示出与根据本发明的生成装置一起使用的两个彩色数据矩阵码的可能叠加的图。
图1示出了根据本发明的用于可靠地确定关于对象1和路径2之间的相对移动的对象1的位置的装备的实施例的示意图。此实施例的目标1是被设计成用于沿路径2移动的车辆。检测器3被附连到对象1并且沿着路径2定位多个标记4。标记4通过沿着路径2定位的数据矩阵码来实现。检测器3在其空间检测范围5内检测到标记4，以便确定对象1相对于标记4的位置。检测器3是数字相机。
为了通过经济且节省空间的手段来提供对象1关于路径2的相对移动的位置的可靠确定，用于提供可定义的图形表示7、8的生成装置被提供，其在图2中以示意图示出。
图2示出了包括两个光源9、10的所述生成装置，所述两个光源9、10发射用于照射相应色彩的图形表示7、8的可定义的光颜色，从而图形表示7、8取决于光颜色可由检测器3以可预定义的强度和/或颜色可见或不可见。图2中所示的检测器3是数字相机3，其在图1中被示为附连到对象1。
根据图2，图形表示7、8也在图1中在检测器3的检测范围5内被指示。光源9和10未在图1中示出，但可被附连到或被集成在对象1中。光源9和10也可在一单个照射模块内被实现。
图形表示7和8以不同的颜色着色，从而取决于由光源9和10提供的照射光颜色，图形表示7、8中的一个或两个是检测器3可见或不可见的。
根据图2的实施例，图形表示7和8由数据矩阵码实现，其中所述图形表示7是红色的而图形表示8是绿色的，例如，其中根据图2的图示仅示出白色背景上的黑色区域。
图形表示7和8由检测器3检测。光源9提供红光而光源10提供绿光。如果光源9以其红光激活，则图形表示8被检测为暗图示或低强度图示，因为红色光将从表示8的绿色中被吸收。在这种情况下，表示7对检测器3而言几乎不可见，因为几乎全部红光都将被反射。在这种情况下，检测器3仅检测到表示8，如在图2中所指示的。如果光源10以其绿色照射激活，则红色表示7是可见的并且绿色表示8消失。在这种情况下，检测器3检测到表示7。
对照射的选择由控制单元11来实现，该控制单元11可定义光源9、10的照射序列以便提供对检测器3而言的图形表示7、8的可见性的改变。控制单元11经由控制线12和13根据预定义的调度选择照射序列。取决于光源9或10的照射，检测器3经由线14向控制单元11通知关于检测到的表示7或8，和/或经由线14向控制单元11传送检测到的表示7或8。检测器3不接收关于所提供的照射颜色的信息并仅检测其检测范围5内的状况。然而，控制单元11具有所执行的照射序列的信息并将检测器3的检测结果与预期结果进行比较。控制单元11包括用于验证所提供的图形表示7或8与由检测器3检测到的相应数据的一致性或关系的评估装置6。因此，控制单元11可以用其评估装置6来验证检测器3内的软件是否仍正确运行或可能被冻结或挂起或具有时移/时延。
因此，基于本发明所解说的实施例，使用检测器3对同一检测器3的正确功能进行验证是可能的。供第二检测器3的置备对于显著增强基于由单个检测器3收集的信息的对象1的位置确定的可靠性而言不是必需的。评估装置6可被实现为单独的元件或可被实现为与控制单元11组合在一起的模块。为了提供可靠的位置确定，检测器3包括合适的图像处理软件。
检测器3通常是灰度相机。然而，使用彩色相机也是可能的。
图3和4示出了用作标记4的各种可能的图形表示以及适合与生成装置一起使用的各种可能的图形表示。
图3a)示出了用于位置系统的代码的合适布置。这些代码包括逐渐增加的位置指示。但是，每个第二代码都会增加一个位置偏移，这里是500。这些代码以两种合适的颜色交替地着色，例如红色和绿色。不同的颜色由不同的阴影图案表示。因此，取决于照射的光颜色(例如红色或绿色)，得到根据b)的图像或根据c)的图像。位置确定装备可在两种情况下确定唯一的位置。但是，位置随位置偏移而不同。知道实际照射的合适的控制单元11可提供合适的评估并可减去偏移，使得在使用评估的情况下得到相同的位置。
根据图3的上述代码布置具有如下问题：由于偏移，各个代码彼此具有显著的距离。位置间隙由b)和c)中的暗区提供。这可能导致定位性能下降。这个问题可以通过根据图4的代码布置来避免。在这种情况下，不存在位置间隙。字符“r”指示红色，而字符“g”指示绿色。结果，红色照射提供了代码501、502……的可见性，并且绿色照射提供了代码001、002……的可见性。
在图5中示出了与生成装置相结合的图形表示的另一示例。代码000001和500001被示为数据矩阵码。代码000001应以红色照射可见。在图5a)中解说了两个代码。根据图5b)，代码000001呈绿色而代码500001呈红色。在图5c)中两个代码被叠加。如果所述叠加的一部分在红色和绿色照射下应该是暗的(可见的)，则该部分被着色为互补色或对两种照射颜色而言都是暗的颜色。
上文所提及的颜色仅是示例。在进一步的实施例中，表示的背景可通过与表示的颜色互补的颜色(蓝色，黑色...)来实现。在这种情况下，检测结果被互换。原因是在红色照射下红色代码是亮的。然而，绿色代码会像背景一样被检测为暗区域。因此，代码将在检测器或相机内被反向检测。该实施例的优点在于，光源对颜色的适应性不是那么相关。通常，如果背景是蓝色的，则相应的其他代码被检测为亮背景上的暗区，其中这样的蓝色背景是红色和绿色的互补色。通常，这可通过相机被清楚地区分。
所解说的实施例基于数据矩阵码。然而，此实施例也可以相同的方式适用于所有二进制代码，例如条形码、QR码和简码。
在本发明的实施例的基础上，可实现关于检测器的功能的控制信道，其中使用位置确定信道形式的已经存在的信道。以这种方式，例如，通过图形表示的照射的可预定义的操作来提供同时的反向或反馈信道。通常，检测器的功能可被随时验证。
本发明所在领域的技术人员在得益于上述描述和相关联附图中呈现的教学之后将想到本文陈述的本发明的很多修改和其它实施例。因此，能够理解，本发明不限于所公开的具体实施例，并且修改和其他实施例旨在包括在所附权利要求书的范围内。尽管本文使用了特定术语，但是这些术语仅用于一般性和描述性意义，而非出于限制的目的。
参考标志列表
1 对象
2 路径
3 检测器
4 标记
5 检测范围
6 评估装置
7 图形表示
8 图形表示
9 光源
10 光源
11 控制单元
12 控制线
13 控制线
14 线

Claims (13)

1.一种用于可靠地确定关于对象(1)和路径(2)之间的相对移动的所述对象(1)的位置的装备，包括：
附连到所述对象(1)或集成在所述对象(1)中的检测器(3)，
至少一个标记(4)沿着所述路径(2)定位，
其中所述至少一个标记(4)被所述检测器(3)在其空间检测范围(5)内检测到，以确定所述对象(1)相对于所述标记(4)的位置，
用于提供可定义的图形表示(7、8)的生成装置，其中所述图形表示(7、8)被所述检测器(3)在其空间检测范围(5)内检测到，以及
用于验证所提供的图形表示(7、8)与由所述检测器(3)检测到的相应数据的一致性或关系的评估装置(6)，所述评估装置(6)用于验证所述检测器(3)内的软件是否仍正确运行或可能被冻结或挂起或具有时移/时延，
其中，所述生成装置包括至少一个光源(9、10)，其发射至少一个可定义的光颜色或光色谱以照射由所述生成装置提供的相应颜色的图形表示(7、8)，从而取决于至少一个照射光颜色或光色谱，所述图形表示(7、8)或所述图形表示的一部分由所述检测器(3)以可预定义的强度和/或颜色可见或不可见，
其中相应颜色的图形表示(7、8)以及所述至少一个标记(4)是相同的，且由一个或多个数据矩阵码实现。
2.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述生成装置包括用于定义所述至少一个光源(9、10)的照射序列的控制单元(11)，以提供所述检测器(3)的所述图形表示(7、8)或所述图形表示的一部分的可见性的改变。
3.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述生成装置包括用于定义所述至少一个光源(9、10)的至少一个光颜色或光色谱的控制单元(11)。
4.如权利要求2所述的装备，其特征在于，所述生成装置包括用于定义所述至少一个光源(9、10)的至少一个光颜色或光色谱的控制单元(11)。
5.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述评估装置(6)被设计成用于取决于验证过程的结果来提供控制信号、指示或活动。
6.如权利要求5所述的装备，其特征在于，所述控制信号是光学、声学或电子控制信号。
7.如权利要求1到6中任一项所述的装备，其特征在于，所述检测器(3)是相机。
8.如权利要求1到6中任一项所述的装备，其特征在于，所述对象(1)是车辆。
9.如权利要求1到6中任一项所述的装备，其特征在于，所述至少一个标记(4)包括代码、条形码或数据矩阵码或其组合或叠加。
10.如权利要求9所述的装备，其特征在于，所述至少一个标记(4)包括代码序列或二进制代码。
11.如权利要求1到6中任一项所述的装备，其特征在于，所述图形表示是图形表示序列。
12.一种用于可靠地确定关于对象(1)和路径(2)之间的相对移动的所述对象(1)的位置的方法，是由根据权利要求1到11中任一权项的装备执行的，其中检测器(3)被附连到所述对象(1)或被集成在所述对象(1)中，其中至少一个标记(4)沿着路径(2)定位，以及其中所述至少一个标记(4)被所述检测器(3)在其空间检测范围(5)内检测到，以确定所述对象(1)相对于所述标记(4)的位置，
其中，可定义的图形表示(7、8)由生成装置提供，其中所述图形表示(7、8)被所述检测器(3)在其空间检测范围(5)内检测到，并且所提供的图形表示(7、8)与由所述检测器(3)检测到的相应数据的一致性或关系由评估装置验证，所述评估装置用于验证所述检测器(3)内的软件是否仍正确运行或可能被冻结或挂起或具有时移/时延，
其中，所述生成装置包括至少一个光源(9、10)，其发射至少一个可定义的光颜色或光色谱以照射由所述生成装置提供的相应颜色的图形表示(7、8)，从而取决于至少一个照射光颜色或光色谱，所述图形表示(7、8)或所述图形表示的一部分由所述检测器(3)以可预定义的强度和/或颜色可见或不可见，
其中相应颜色的图形表示(7、8)以及所述至少一个标记(4)是相同的，且由一个或多个数据矩阵码实现。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述图形表示是图形表示序列。
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