CN113631949A - 具有集成安全区域监测的雷达测量装置 - Google Patents

Abstract

一种雷达测量装置，其被配置为用于工业环境中的过程自动化并具有集成的安全区域监测，该雷达测量装置包括控制器，该控制器被配置为调节所发射的雷达传输信号的方向，使得即使物体移动，物体周围的安全区域也能被完全照射。

Description

具有集成安全区域监测的雷达测量装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年4月5日提交的德国专利申请10 2019 204881.1的优先权，其全部内容通过引入方式并入本文。

技术领域

本发明涉及雷达测量技术。特别地，本发明涉及被配置为用于工业环境中的过程自动化并具有集成安全区域监测的雷达测量装置、这种雷达测量装置的用于例如传送带上的物体监测的用途、用于诸如楼宇和工厂自动化等过程自动化的方法、程序元件和计算机可读介质。

背景技术

雷达测量装置可用于工业环境中的过程自动化。典型的应用是填充物位测量、极限物位检测、填充/松散材料的高度和体积测量以及表面拓扑测量。

特别是在监测松散材料时，监测填充/松散材料周围的安全区域可能是有利的。这是使用安全区域监测传感器完成的。

发明内容

本发明的目的是提供一种工业环境中的有效的过程自动化。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。本发明的改进示例在从属权利要求和以下实施例的说明中得出。

本发明的第一方面涉及一种被配置为用于工业环境中的过程自动化并具有集成安全区域监测的雷达测量装置。该雷达测量装置包括雷达信号源，该雷达信号源被配置为产生雷达传输信号并在要监测的物体的方向上发射雷达传输信号，使得物体以及围绕物体延伸的安全区域被照射。如果可能，不应照射安全区域外部的区域。

设置有评估单元，该评估单元被配置为评估从物体和安全区域反射并由雷达测量装置接收的雷达传输信号。此外，雷达测量装置包括例如电子控制电路形式并可能与机械部件组合的控制器，该控制器被配置为调节所发射的雷达传输信号的方向，使得物体周围的安全区域被完全照射并且在物体移动时安全区域被完全照射，从而可以对该安全区域进行完全监测。

特别地，安全区域可以是人或其他物体不应进入的区域，或更一般地说，是其中应进行额外的物体识别或物体运动识别的区域。评估单元可被配置为能够在安全区域中执行物体识别或物体运动识别。一个应用示例是监测传送带或制造机器人。如果雷达测量装置检测到安全区域中有物体，则可以规定中断传送带，或停止或以其他方式控制机器人，以避免碰撞。

术语“工业环境中的过程自动化”可以理解为技术的一个子领域，其包含无人工参与的操作机器和设备的所有措施。过程自动化的一个目标是例如在化学、食品、制药、石油、造纸、水泥、航运或矿业等领域中使工厂的各个部件的交互自动化。该领域还包括楼宇和工厂自动化。

为此，可以使用大量的传感器，这些传感器特别适用于过程工业的诸如机械稳定性、对于污染物的不敏感性、极端温度、极端压力等特定要求。通常将这些传感器的测量值传送到控制室，在控制室中可以监测诸如填充物位、极限物位、流量、压力或密度等过程参数，并且可以手动或自动更改整个工厂的设置。

工业环境中的过程自动化的一个子领域涉及物流自动化。在物流自动化领域中，借助于距离传感器和角度传感器使建筑物内或单个物流设备内的过程自动化。典型的应用例如是用于以下领域的物流自动化系统：机场的办理行李和货物托运处理领域、交通监控领域(收费系统)、贸易领域、包裹配送或还有建筑物安全(访问控制)领域。先前列出的示例的共同点在于，各个应用端都需要将存在检测与物体大小和位置的精确测量结合起来。为此，可以使用借助于激光、LED、2D相机或3D相机的基于光学测量方法的传感器，这些传感器根据渡越时间原理(ToF：time of flight)检测距离。

工业环境中的过程自动化的另一子领域涉及工厂/制造自动化。在诸如汽车制造业、食品制造业、制药业或一般包装行业等许多行业中，都可以见到这种应用示例。工厂自动化的目的是使通过机器、生产线和/或机器人执行的货物生产自动化，即，在没有人工参与的情况下运行。在此使用的传感器以及在检测物体的位置和大小时对于测量精度的特定要求与上述物流自动化示例中的传感器和特定要求相当。因此，基于光学测量方法的传感器通常也大规模应用于工厂自动化领域。

根据一实施例，控制器被配置为调节所发射的雷达传输信号的方向和张角

使得即使物体移动，物体周围的安全区域也能被完全照射。

根据另一实施例，控制器被配置为通过调节所发射的雷达传输信号的方向和/或张角来防止安全区域外部的区域被照射。因此，可以节省能量。

根据另一实施例，物体的移动不仅包括平移(即，物体的位移)，还包括物体的增大或减小。如果物体例如是松散材料，则在本发明的意义上，松散材料堆的填充或排空导致了松散材料的移动。

根据另一实施例，物体是传送带上的物体，例如，诸如瓶子等消费品，或生产线上的部件。

根据另一实施例，雷达测量装置具有用于发射和接收雷达传输信号的平面天线，该平面天线具有电子和/或机械波束控制。

特别地，雷达测量装置可被配置为物位测量装置或极限物位传感器。

根据另一实施例，控制器被配置为根据要监测的物体的速度来调节所发射的雷达传输信号的方向和/或张角。例如，当物体移动得更快时，可以扩大安全区域。

根据另一实施例，控制器被配置为当在安全区域中检测到物体时控制传送带或机器人。

根据另一方面，还给出了上述和下述的雷达测量装置的用于传送带上的物体监测的用途。其他用途包括：移动设备(例如，起重机、机器人、输送管道、输送槽或自主自由移动或被引导的单元)周围以及固定设备(例如，料仓、储罐、卸料漏斗等)内部和周围的碰撞监测。

另一方面涉及一种用于工业环境中的过程自动化并具有安全区域监测的方法。首先，产生雷达传输信号，并在要监测的物体方向上发射该雷达传输信号，使得物体以及围绕物体延伸的安全区域被照射。然后，评估从物体和安全区域反射并由雷达测量装置接收的雷达传输信号，随后调节发射的雷达传输信号的方向，使得即使物体移动，物体周围的安全区域也能被完全照射。

另一方面涉及一种程序元件，当其在雷达测量装置的控制器上执行时，该程序元件指示雷达测量装置执行上述方法。

另一方面涉及一种存储有上述程序元件的计算机可读介质。

下面将参考附图说明本发明的实施例。如果在下面的附图说明中使用相同的附图标记，则它们表示相同或相似的元件。附图中的图示是示意性的且未按比例绘制。

附图说明

图1A示出了松散材料应用中的雷达测量装置。

图1B示出了在具有更大的松散材料堆的松散材料应用中的图1A的雷达测量装置。

图2A示出了传送带应用中的雷达测量装置。

图2B示出了在物体移动之后图2A的雷达测量装置。

图3示出了另一松散材料应用中的雷达测量装置。

图4示出了雷达测量装置的部件。

图5示出了方法的流程图。

具体实施方式

图1A示出了根据一实施例的雷达测量装置100。雷达测量装置100具有雷达信号源101、102。雷达信号源具有产生雷达传输信号的电子器件101以及在要监测的作为松散材料的物体105的方向上发射雷达传输信号的天线102。

天线102在松散材料105的方向上发射雷达传输信号，使得它不仅照射堆料锥体，而且还照射位于堆料锥体105周围的安全区域106。未照射位于安全区域106外部的区域107，因为这似乎没有必要。因此，如外部虚线和情况108所示，区域107是“空白区域(ausgeblendeten Bereich)”，然而，它可被不同设置的雷达信号源照射。

所示的雷达测量装置100例如是具有平面天线的雷达传感器。如果介质(松散材料)的范围变化，则安全区域相应地在软件控制下自动适应松散材料105的新范围。

这例如在图1B中示出，其中可以看出堆料锥体105由于填充而尺寸增大，并且围绕堆料锥体的安全区域106相应地向外移动，使得现在整个监测区域108被照射。

图2A示出了具有可围绕机械轴109旋转的可转动平面天线的雷达测量装置100。在该实施例中，雷达测量装置100例如被配置为用于监测传送带110上的物体。例如，该物体是瓶子、其他消费品或工厂、露天场地或仓库中的制成品。

如图2B所示，如果物体105的位置变化，则通过倾斜雷达测量装置100而自动跟踪安全区域。

还可以提供电子光束控制和机械光束控制的组合。

图3示出了在松散材料测量领域的另一应用。如果松散材料105的范围变化到监测区域的边缘111，则可以例如通过倾斜雷达测量装置100而自动地扩大监测区域，使得照射的监测区域不会移动超出边缘111(在此，例如为一堵墙)。

图4示出了根据一实施例的雷达测量装置100。雷达测量装置100包括例如控制电路(CPU)形式的控制器104，评估单元103和雷达信号源101连接到该控制器。可以通过天线102在要监测的物体105的方向上发射由雷达信号源101产生的雷达传输信号。

图5示出了根据一实施例的方法的流程图。在步骤501中，产生雷达传输信号，并在步骤502中，在要监测的物体方向上发射该雷达传输信号。在步骤503中，通过测量装置接收反射信号，并在步骤504中进行评估。基于该评估，调节所发射的雷达传输信号的方向和/或张角(步骤505)，使得要监测的物体周围的安全区域被完全照射，但在此之外的区域没有被照射。

因此，可以监测物体或测量填充物位，并同时监测物体周围的安全区域。可以根据要测量的介质状态(填充状态、位置、速度)自动改变安全区域的大小，使得即使介质快速增大、减小和/或移动，也能在要测量的介质周围始终照射足够的安全区域(但优选地未超出该区域)。

不需要其他的安全区域监测传感器。安全区域将自动适应要测量的介质的范围变化。安全区域所需的空间被减小到最低限度。减少了过程中误差来源或干扰的数量，使得过程的运行更流畅、更稳定。借助于雷达技术(例如，240GHz的传输频率)或超声波技术，可以对介质进行三维检测，从而明确划定安全区域的界限。

另外，应指出，“包括”和“具有”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。还应指出，已经参考其中一个上述示例性实施例说明的特征或步骤也可以与上述其他示例性实施例的其他特征或步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应被视为限制。

Claims (14)

1.一种雷达测量装置(100)，其被配置为用于工业环境中的过程自动化并具有集成的安全区域监测，所述雷达测量装置包括：

雷达信号源(101、102)，其被配置为产生雷达传输信号并在要监测的物体(105)的方向上发射所述雷达传输信号，使得所述物体以及围绕所述物体延伸的安全区域(106)被照射；

评估单元(103)，其被配置为评估从所述物体和所述安全区域反射并由所述雷达测量装置接收的所述雷达传输信号；

控制器(104)，其被配置为调节所发射的所述雷达传输信号的方向，使得即使所述物体移动，所述物体周围的所述安全区域也能被完全照射。

2.根据权利要求1所述的雷达测量装置(100)，

其中，所述控制器(104)被配置为调节所发射的所述雷达传输信号的方向和张角，使得即使所述物体移动，所述物体周围的所述安全区域也能被完全照射。

3.根据权利要求1或2所述的雷达测量装置(100)，

其中，所述控制器(104)被配置为通过调节所发射的所述雷达传输信号的方向和/或张角来防止所述安全区域外部的区域被照射。

4.根据前述任一项权利要求所述的雷达测量装置(100)，

其中，所述物体(105)的移动包括所述物体的平移、增大或减小。

5.根据前述任一项权利要求所述的雷达测量装置(100)，

其中，所述物体(105)是填充材料或松散材料。

6.根据前述任一项权利要求所述的雷达测量装置(100)，

其中，所述雷达测量装置(100)包括用于发射和接收所述雷达传输信号的平面天线(102)，所述平面天线具有电子波束控制。

7.根据前述任一项权利要求所述的雷达测量装置(100)，

其中，所述雷达测量装置(100)包括用于发射和接收所述雷达传输信号的可转动的平面天线(102)，所述平面天线用于机械波束控制。

8.根据前述任一项权利要求所述的雷达测量装置(100)，其被设计为物位测量装置或极限物位传感器。

9.根据前述任一项权利要求所述的雷达测量装置(100)，

其中，所述控制器(104)被配置为根据要监测的所述物体的速度来调节所发射的所述雷达传输信号的方向和/或张角。

10.根据前述任一项权利要求所述的雷达测量装置(100)，

其中，所述控制器(104)被配置为当在所述安全区域中检测到物体时控制传送带或机器人。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的雷达测量装置(100)的用于传送带上的物体监测、用于诸如起重机、机器人、输送管道、输送槽或自主自由移动或被引导的单元等移动设备周围以及诸如料仓、储罐或卸料漏斗等固定设备的内部和周围的碰撞监测的用途。

12.一种工业环境中的过程自动化并具有安全区域监测的方法，其包括以下步骤：

产生雷达传输信号并在要监测的物体(105)的方向上发射所述雷达传输信号，使得所述物体以及围绕所述物体延伸的安全区域(106)被照射；

评估从所述物体和所述安全区域反射并由所述雷达测量装置接收的所述雷达传输信号；

调节所发射的所述雷达传输信号的方向，使得即使所述物体移动，所述物体周围的所述安全区域也能被完全照射。

13.一种程序元件，当其在雷达测量装置(100)的控制器(104)上执行时，所述程序元件指示所述雷达测量装置执行根据权利要求11所述的方法。

14.一种存储有根据权利要求13所述的程序元件的计算机可读介质。

Images