DE10026711A1 - Positionsüberwachungssystem - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein System zur Überwachung der Position zumindest eines beweglichen Objektes innerhalb eines Überwachungsbereiches mit zumindest einer Kamera zur Aufnahme von Bildern des Überwachungsbereiches und des darin befindlichen Objektes, einer dieser zugeordneten Auswerteeinheit zur Verarbeitung der aufgenommenen Bilder und zur Lokalisierung der Position des Objektes im Überwachungsbereich, zumindest einer, der Kamera zugeordneten, insbesondere im Kameragehäuse vorgesehenen Strahlungsquelle, sowie mindestens einem codierten, auf dem Objekt angebrachten Reflektor.
Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Überwachung der Position zumin
dest eines beweglichen Objektes innerhalb eines Überwachungsbereiches
mit zumindest einer Kamera zur Aufnahme von Bildern des Überwa
chungsbereiches und des darin befindlichen Objektes, und einer dieser
zugeordneten Auswerteeinheit zur Verarbeitung der aufgenommenen Bil
der und zur Lokalisierung der Position des Objektes im Überwachungsbe
reich. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines
solchen Überwachungssystems.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Vorrichtungen zur Lokalisierung
eines Gegenstandes in einem zu überwachenden Bereich bekannt. Ein Teil
dieser Vorrichtungen verwendet Bildgebungsverfahren unter Verwendung
einer Kamera, um anhand der von dieser erzeugten Abbildung des Über
wachungsbereiches mit dem darin befindlichen Gegenstand mittels geeig
neter Auswerteverfahren ein Objekt im Überwachungsbereich zu lokalisie
ren.
Aufgabe der Erfindung ist es, Vorrichtungen und Verfahren der genannten
Art dahingehend zu verbessern, daß die Erkennung und Lokalisierung von
sich bewegenden Objekten in einem Überwachungsbereich zuverlässiger
und präziser gestaltet wird, und ferner Möglichkeiten bereitzustellen,
mittels eines aus unterschiedlich miteinander kombinierbaren Kompo
nenten aufgebauten Systems verschiedenartige Überwachungsaufgaben
ausführen zu können.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1
und insbesondere durch zumindest eine, der Kamera zugeordnete, insbe
sondere im Kameragehäuse vorgesehene Strahlungsquelle, sowie minde
stens einen codierten, auf dem Objekt angebrachten Reflektor.
Das Versehen eines Objektes mit einem codierten Reflektor ermöglicht ei
ne Erfassung des Objektes durch eine Kamera über ein vordefiniertes, klar
von der Kamera erkennbares Reflexionsmuster, das durch von der Strah
lungsquelle ausgesandte und vom Reflektor reflektierte Strahlung am
Sensor der Kamera erzeugt wird. So kann die Auswerteeinheit des Sy
stems über das Abbild des Objektes mit seinem Reflektor für jede Objekt
lage bzw. Reflektorlage zweifelsfrei die zugehörige Position des Objektes im
Überwachungsbereich zuordnen. Eine Strahlungsquelle zur Beleuchtung
des Reflektors, die prinzipiell auch entfernt von der Kamera vorgesehen
sein kann, bietet eine größere Unabhängigkeit von den Strahlungs- bzw.
Lichtverhältnissen, die in der Umgebung des zu überwachenden Objektes
vorherrschen. Auf diese Weise werden die Zuverlässigkeit und die Genau
igkeit der Erkennung des Objektes im Überwachungsbereich gegenüber
einem System ohne Strahlungsquelle und Reflektor erhöht.
Insbesondere dann, wenn mit retroreflektierenden Elementen versehene
Reflektoren verwendet werden, d. h. Reflektoren, die einfallende Strahlung
unter annähernd dem Einfallswinkel reflektieren, ist es zweckmäßig, die
Strahlungsquelle in das Kameragehäuse zu integrieren. Bei dieser Anord
nung fallen dann die von der Strahlungsquelle in Richtung des Reflektors
ausgesandten Strahlen weitgehend mit den vom Reflektor in Richtung der
Kamera reflektierten Strahlen zusammen. So können Fremdstrahlungs
einflüsse auf das Detektionsergebnis stark reduziert werden.
Die Strahlungsquelle sendet bevorzugt Strahlung in einem engen Wellen
längenbereich, insbesondere in einem Bereich kleiner als 100 nm, aus. Da
konstant Strahlung in einem vordefinierten Wellenlängenbereich, auf den
der Kamerasensor besonders empfindlich ist, zur Kamera reflektiert wird,
wirken sich von außen kommende, veränderliche Strahlungsverhältnisse
im Überwachungsbereich nicht nachteilig auf das Objekterkennungsver
mögen der Kamera aus. Als Strahlungsquelle kommen z. B. LEDs oder La
serdioden in Frage.
Es ist bevorzugt, daß der Reflektor eine aus reflektierenden bzw. nicht re
flektierenden Segmenten gebildete, räumlich gekrümmte, insbesondere
halbkugelförmige Reflektorfläche und/oder eine aus mehreren ebenen, in
unterschiedlichen räumlichen Lagen angeordneten Flächen bestehende
Reflektorfläche aufweist. Eine dergestalt dreidimensional ausgebildete
Oberfläche des Reflektors garantiert, daß in jeder Lage des überwachten
Objektes hinreichend Strahlung zur Kamera reflektiert wird, um eine si
chere Erkennung des Objektes zu gewährleisten.
Ist an einem überwachten Objekt ein einzelner Reflektor mit einer einfa
chen Codierung angebracht, wie beispielsweise ein Reflektor mit einem
runden oder quadratrischen, nicht reflektierenden Innenbereich und ei
nem diesen umgebenden reflektierenden Bereich, läßt sich über die Lage
des Abbilds des Reflektors auf dem von einer Kamera erzeugten Bild eine
reale Position des Reflektors und somit des überwachten Objektes im
Überwachungsbereich errechnen. Weist der Reflektor eine Gestalt mit einer
komplexeren Codierung auf, wie z. B. einem Barcode, läßt sich außer
dem die Ausrichtung des Objektes ermitteln. Zur Codierung des Reflektors
ist alternativ oder zusätzlich auch dessen äußere Kontur verwendbar, die
ebenfalls eine Erkennung der Objektausrichtung gestattet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind je überwachtem Objekt
zwei codierte Reflektoren vorgesehen. Die Lage der auf dem Kamerabild
erzeugten Abbildung der beiden Reflektoren gibt in Verbindung mit weite
ren Parametern, wie der Anbaulage der Kamera, Auskunft über sowohl die
Position als auch die Ausrichtung des Objektes im Überwachungsbereich.
Die Projektion des Abstandes zwischen den beiden Reflektoren auf die
Bildebene der Kamera kann zusätzlich zur Berechnung der Position und
Ausrichtung des Objektes herangezogen werden, wodurch eine Plausibili
tätsprüfung vorgenommen werden kann und die Sicherheit bei der Erfas
sung des Objektes erhöht wird.
Eine Weiterbildung des Systems umfaßt, daß zumindest eine Kamera
ortsfest und zumindest eine weitere Kamera beweglich montiert ist, oder
daß alle Kameras ortsfest sind, oder daß alle Kameras beweglich sind. Die
Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten beweglich oder ortsfest angeord
neter Kameras erschließt dem erfindungsgemäßen Positionsüberwa
chungssystem ein breites Anwendungsgebiet von Überwachungsaufgaben
sowohl in einem räumlich eng begrenzten Bereich, wie beispielsweise in
einem festgelegten Arbeitsbereich eines Roboters, als auch in einem weit
ausgedehnten Bereich, wie beispielsweise einem ganzen Werkgelände.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zumindest eine Kamera
zur Überwachung der Bewegung des Objektes in einer Ebene und zumindest
eine weitere Kamera zur Überwachung der Bewegung des Objektes in
einer dritten Dimension vorgesehen. Unter Verwendung von zwei Kameras
läßt sich die Position eines Objektes in drei Dimensionen erfassen.
Es ist bevorzugt, daß zumindest eine Kamera bezogen auf den Objektbe
reich ein höheres Auflösungsvermögen als die anderen Kameras besitzt.
Damit kann eine Kamera mit geringer Auflösung aber großem Blickfeld
zur Groberfassung des Objektes im Überwachungsbereich dienen, wohin
gegen weitere Kameras mit hoher Auflösung und kleinem Blickfeld Detail
überwachungsaufgaben übernehmen. Das unterschiedliche Auflösungs
vermögen kann durch verschiedene Kameras oder durch verschiedene
Objektive oder Objektiveinstellungen erzielt werden.
Es ist dabei insbesondere bevorzugt, daß eine ortsfeste Kamera mit niedri
gerer Auflösung und eine mit dieser gekoppelte bewegliche Kamera mit
höherer Auflösung vorgesehen sind, wobei die Kamera mit höherer Auflö
sung abhängig von einer über die ortsfeste Kamera erfaßten Objektpositi
on auf ein erfaßtes Objekt nachführbar ist, wobei der Überwachungsbe
reich der beweglichen Kamera eine Teilmenge des Überwachungsbereiches
der ortsfesten Kamera bildet. Auf diese Weise findet eine Aufgabenteilung
zwischen der Kamera mit niedriger Auflösung und der beweglichen Kame
ra mit hoher Auflösung statt, die es erlaubt, daß die jeweilige Kamera eine
ihrer Auflösung entsprechende Überwachungsfunktion ausführt, was da
zu führt, daß eine hochauflösende Objekterfassung in einem großen
Überwachungsbereich vorgenommen werden kann. Es ist so möglich, so
wohl das Objekt in einem großen Bewegungsbereich zu lokalisieren, als
auch Details des Objekts oder seiner Bewegung mit hoher Auflösung zu
erfassen.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind mehrere Kame
ras zur Verfolgung der Bewegung des Objektes im Überwachungsraum
miteinander gekoppelt, wobei die Überwachungsbereiche der einzelnen
Kameras sich teilweise überlappen oder direkt aneinander angrenzen.
Über Verketten mehrerer Kameras läßt sich ein praktisch unbegrenzt gro
ßer Überwachungsbereich erschließen, der nur durch die Anzahl der ver
wendeten Kameras begrenzt ist.
Dabei ist es bevorzugt, daß die Kameras derart miteinander gekoppelt
sind, daß eine nachfolgende Kamera abhängig von einer über eine vorher
gehende Kamera erfaßten Objektposition auf ein in den Überwachungsbe
reich der nachfolgenden Kamera eintretendes Objekt nachführbar ist. Auf
diese Weise läßt sich ein Objekt, das sich durch die Überwachungsberei
che mehrerer Kameras hindurch bewegt, nahtlos verfolgen. Die Erschlie
ßung eines ausgedehnten Überwachungsbereiches kann mit einem gerin
gen Aufwand an Kameras vorgenommen werden, da über das gezielte
Nachführen einer Kamera auf ein Objekt in Abhängigkeit von einer ande
ren Kamera vermieden wird, daß Bereiche überwacht werden, von denen
momentan auszuschließen ist, daß sich das Objekt in diesen bewegen
wird.
Es ist zweckmäßig, daß zumindest ein optisches Filter zur Reduktion von
Fremdstrahlungseinflüssen an dem Reflektor und/oder der Kamera
und/oder der Strahlungsquelle vorgesehen ist, um Fremdstrahlungsein
flüsse auszuschließen.
Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Überwachung der Position
zumindest eines beweglichen Objektes innerhalb eines Überwachungsbe
reiches, bei dem das sich im Überwachungsbereich bewegende Objekt von
zumindest einer Kamera erfaßt wird, indem von einer Strahlungsquelle
ausgesandte Strahlung von zumindest einem auf dem Objekt angebrach
ten, codierten Reflektor reflektiert wird und von einer Auswerteeinheit aus
dem von der Kamera aufgenommenen Bild von Objekt einschließlich Re
flektor die Position des Objektes berechnet und bewertet wird, um in Ab
hängigkeit von dem Bewertungsergebnis eine Reaktion, beispielsweise ei
nen Alarm, auszulösen. Das Verfahren erlaubt unter Verwendung weniger
Bauelemente eine präzise Erfassung beweglicher Objekte, wobei die von
dem Reflektor reflektierte Strahlung von dem Sensor der Kamera zuver
lässig nachgewiesen werden kann, so daß das Erfassen des Objektes si
cherer als mit herkömmlichen Verfahren ohne Reflektoren erfolgt. Das von
der Auswerteeinheit durchgeführte Berechnungsverfahren erfordert zudem
nur einfache geometrische Algorithmen, die mit geringem Rechenaufwand
und somit schnell ausgeführt werden können.
Es ist von Vorteil, wenn das Verfahren dadurch erweitert wird, daß die
Auswerteeinheit Zusatzinformation über der Projektion des Abstandes x
zumindest zweier, am Objekt angebrachter, codierter Reflektoren vonein
ander auf die Bildebene der Kamera über die Position des Objektes im
Überwachungsbereich erhält. Mit dieser Zusatzinformation läßt sich das
auf der Lage der Reflektoren auf dem Kameabild beruhende Berechnungs
ergebnis überprüfen, so daß die Sicherheit der Objekterfassung erhöht
wird.
Es bevorzugt, daß die Bewertung der Objektposition von der Auswerteein
heit durch Vergleich der aktuellen Winkelstellung einer beweglichen Ka
mera mit einer vorgegebenen, zulässigen Winkelstellung vorgenommen
wird. Auf diese Weise werden die Anforderungen an die Rechenleistung
der Auswerteeinheit niedrig gehalten.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen beschrieben. Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehre
rer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert; in
diesen zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Positi
onsüberwachungssystems zur Überwachung der Position ei
nes führerlosen Transportsystems (FTS),
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Posi
tionsüberwachungssystems zur Überwachung des Arbeitsbe
reiches eines Schweißroboters,
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Posi
tionsüberwachungssystems zu Überwachung eines führerlo
sen Transportsystems mit unterschiedlichen Auflösungen,
und
Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Posi
tionsüberwachungssystems zur Verfolgung eines führerlosen
Transportsystems über größere Entfernungen.
In Fig. 1 ist ein führerloses Transportsystem (FTS) gezeigt, das sich ent
lang einer horizontalen Ebene beispielsweise in einer Werkhalle bewegt.
Es ist ferner ein erfindungsgemäßes Überwachungssystem 1 vorgesehen,
das eine Kamera 10 umfaßt, in deren Gehäuse eine Strahlungsquelle 11
für sichtbares Licht sowie eine Auswerteeinheit 12 vorgesehen sind, und
zu dem Reflektoren 15a, 15b gehören, die an dem FTS in einem vordefi
nierten Abstand x zueinander angebracht sind. Die Reflektoren 15a, 15b
sind derart codiert, daß sie von der Strahlungsquelle 11 ausgesandtes
Licht in einem mittleren Bereich nicht reflektieren und in einem den mitt
leren Bereich umgebenden Bereich reflektieren.
Das von den Reflektoren 15a, 15b reflektierte Licht wird von der Kamera
10 empfangen, die ein Bild des FTS 20 innerhalb seiner Umgebung er
zeugt, auf dem die Reflektoren 15a, 15b als besonders markante Regionen
erscheinen. Anhand der Lage dieser Bereiche auf dem Kamerabild sowie
der bekannten Anbaulage der Kamera 10 errechnet die Auswerteeinheit
12 die Position und Ausrichtung des FTS 20 im Überwachungsbereich.
Von der Auswerteeinheit 12 wird in die Berechnung außerdem der Ab
stand der Regionen auf dem Kamerabild einbezogen, der der Projektion
der Entfernung x der Reflektoren 15a, 15b zueinander auf die Bildebene
entspricht. Die Auswerteeinheit 12 ist in der Lage, Veränderungen der
projizierten Abstände zwischen den beiden Reflektoren 15a, 15b auf die
Bildebene der Kamera 10 auszuwerten und anhand des Bewertungser
gebnisses Rückschlüsse auf die Position des FTS 20 innerhalb des Über
wachungsbereiches zu ziehen. Gelangt das FTS mit einem seiner Reflekto
ren 15a, 15b aus dem Überwachungsbereich heraus, wird dies von dem
System erkannt, das in diesem Fall eine entsprechende Reaktion auslöst,
wie beispielsweise das Fahrzeug stillsetzt.
Fig. 2 zeigt einen Schweißroboter 30, der sich nicht nur in einer Ebene,
sondern zusätzlich in einer dritten Dimension bewegen kann. Um die Lage
eines Arms 35 des Schweißroboters 30 im Raum zu erfassen, sind zwei
Kameras 10a, 10b mit integrierter Strahlungsquelle 11 erforderlich, die
jeweils die Position und die Abstände x zweier auf dem Arm 35 des
Schweißroboters angebrachter, codierter Reflektoren 15a, 15b zueinander
aus unterschiedlichen Blickwinkeln erfassen und die entsprechend er
zeugten Bilder an eine gemeinsame Auswerteeinheit 12 weiterleiten. Die
Auswerteeinheit 12 errechnet aus den Positionen der auf dem Kamerabild
abgebildeten Reflektoren 15a, 15b, den bekannten Anbaulagen der Kame
ras 10a, 10b und den Projektionen des Abstandes x die Position des Arms
35 des Schweißroboters 30 im Raum. Sollte der Arm 35 des Schweißro
boters 30 den Überwachungsbereich zumindest einer der beiden Kameras
10a, 10b verlassen oder sich in einen vordefinierten, unzulässigen, von
den Kameras 10a, 10b erfaßten Bereich bewegen, wird dies von der Aus
werteeinheit 12 sicher erkannt, da zumindest einer der Reflektoren 15a,
15b einen vordefinierten, zulässigen Bereich auf der Bildebene mindestens
einer Kamera 10a, 10b verläßt. Dies zieht eine entsprechende Reaktion
nach sich, wie beispielsweise einen Not-Aus der betreffenden Anlage und
ein Auslösen eines Alarms.
In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Posi
tionsüberwachungssystems gezeigt, das in diesem Fall aus einer festste
henden Kamera 10 mit integrierter Strahlungsquelle 11, einer beweglichen
Kamera 13, einer Auswerteeinheit 12 sowie zwei, insbesondere voneinan
der verschiedene Reflektoren 15a, 15b besteht, die auf einem FTS 20 in
einem vorbestimmten Abstand x zueinander angeordnet sind und eine
streifenförmige Codierung aus reflektierenden und nicht reflektierenden
Segmenten aufweisen.
Die feststehende Kamera 10 weist einen Blickwinkel α auf, der größer als
der Blickwinkel β der beweglichen Kamera 13 ist. Aufgabe der feststehen
den Kamera 10 mit der ihr zugeordneten Auswerteeinheit 12 ist es, eine
Vorqualifizierung der Position des FTS 20 vorzunehmen, d. h. beispielswei
se festzustellen, ob sich das FTS 20 überhaupt innerhalb eines Sollberei
ches im Überwachungsbereich des Positionsüberwachungssystems 1 be
findet. Befindet sich das FTS in seinem Sollbereich, wird die bewegliche
Kamera 13 in die von der Auswerteeinheit 12 berechnete Position nach
geführt und übernimmt nachgeschaltete Aktionen, wie beispielsweise eine
genauere Überwachung der Lage des FTS, da die bewegliche Kamera 13
das FTS innerhalb ihres kleineren Blickwinkels mit einer größeren Auflö
sung erfassen kann. Die Steuerung der beweglichen Kamera 13 erfolgt
ebenfalls durch die Auswerteeinheit 12.
Die Berechnung der Position des FTS 20 erfolgt durch die Auswerteeinheit
12 wie bei den beiden oben genannten Ausführungsbeispielen über die
Lage der Abbilder der Reflektoren auf der Bildebene der Kameras 10, 13,
den bekannten Anbaulagen der Kameras 10, 13, wie beispielsweise deren
Winkel zur Horizontalen und Abstand zum Boden sowie der Projektion des
Abstandes x der beiden auf dem FTS 20 montierten Reflektoren 15a, 15b
zueinander auf die jeweiligen Bildebenen der Kameras 10 bzw. 13.
Das in Fig. 4 gezeigte vierte Ausführungsbeispiel des Positionsüberwa
chungssystems 1 der Erfindung umfaßt zwei bewegliche Kameras 10 mit
integrierter Strahlungsquelle 11, die mittels eines Busses 40 an eine Auswerteeinheit
12 angeschlossen sind, sowie zwei halbkugelförmige, codierte
Reflektoren 15a, 15b, die auf einem führerlosen Transportsystem (FTS) 20
vorgesehen sind.
Das FTS befindet sich beispielsweise auf einem Weg über ein Fabrikgelän
de, wobei es sich zunächst nur im Erfassungsbereich einer Kamera 10a
bewegt. Diese Kamera 10a nimmt ein Bild des FTS 20 einschließlich sei
ner Reflektoren 15a, 15b auf. Die Auswerteeinheit 12 errechnet aus den
Bildlagen der Reflektoren 15a, 15b und weiteren bekannten Parametern
der Kamera 10a, wie deren Winkelstellung und Abstand zum Boden, die
Position des FTS 20. Die Projektion der Entfernung x der auf dem FTS 20
montierten Reflektoren 15a, 15b auf die Bildebene der Kamera 10a zuein
ander wird von der Auswerteeinheit 12 für eine Plausibilitätsprüfung des
zuvor errechneten Ergebnisses der Objektposition und -ausrichtung ver
wendet. Eine zweite Kamera 10b wird dann, wenn der Überwachungsbe
reich der ersten Kamera 10a verlassen wird, von der Auswerteeinheit 12
gesteuert an die soeben berechnete Position geführt und übernimmt von
nun ab die Verfolgung des FTS 20 von der ersten Kamera 10a auf die glei
che Weise, wie sie zuvor von der Kamera 10a vorgenommen wurde.
Die Auswerteeinheit 12 nimmt eine Bewertung der Position des FTS 20
durch Vergleich der aktuellen Winkelstellung einer beweglichen Kamera
10a oder 10b mit einer vorgegebenen, zulässigen Winkelstellung vor. D. h.,
wenn eine bewegliche Kamera 10a oder 10b über einen vordefinierten Be
reich hinaus verschwenkt werden muß, um das FTS 20 zu erfassen, und
das FTS gleichzeitig nicht von einer weiteren Kamera 10a bzw. 10b inner
halb einer zulässigen Winkelstellung dieser Kamera 10a bzw. 10b erfaßt
wird, ist dies eine sichere Angabe, daß das FTS 20 seinen zulässigen
Fahrbereich verlassen hat.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Reflektoren 15a, 15b aus halb
kugelförmig angeordneten, reflektierenden und nicht reflektierenden Seg
menten gebildet. Diese Ausgestaltung der Reflektoren 15a, 15b ist gegen
über plan ausgeführten Reflektoren vorteilhaft. Ebene Reflektoren zeigen
in bestimmten Winkellagen keine Totalreflexion. Gewölbt ausgebildete Re
flektoren 15a, 15b liefern hingegen der Kamera 10a, 10b in allen Stellun
gen der Reflektoren 15a, 15b in bezug auf die Kamera 10a, 10b ausrei
chend reflektiertes Licht. Deshalb wird in jedem Fall an der Kamera ein
kontrastreiches Bild erzeugt, auf dem die Reflektormarken 15a, 15b deut
lich hervortreten.
Die Kamera 10b könnte die Überwachung des FTS 20 wiederum an eine
nachgeschaltete Kamera weiterreichen, die ebenfalls über den Bus 40 mit
der Auswerteeinheit 12 verbunden ist. Dies läßt sich praktisch unbegrenzt
fortführen, so daß ein beliebig großer Fahrbereich des FTS 20 überwacht
werden kann.
Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, die oben erläuterten Ausführungsbei
spiele miteinander zu kombinieren. So ist es beispielsweise denkbar, den
Transport eines Werkstücks mit dem gemäß dem vierten Ausführungsbei
spiel eingerichteten Positionsüberwachungssystem zu einer mit einem Po
sitionsüberwachungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
ausgestatteten Schweißstation zu überwachen. Eine besonders feine
Überwachung einer zu schweißenden Stelle an dem Werkstück ließe sich
dann über das Positionsüberwachungssystem gemäß dem dritten Ausfüh
rungsbeispiel bewerkstelligen.
Das Positionsüberwachungssystem kann mit einer Strahlungsquelle aus
gestattet sein, die Strahlung in zumindest einem engen, sichtbaren oder
unsichtbaren Wellenlängenbereich aussendet. Die Reflektoren können
wellenlängenselektive Reflektoren sein und gegebenenfalls mit Filtern ver
sehen sein, die bestimmte Wellenlängen sperren bzw. transmittierten.
Die Kameras können ebenfalls mit Filtern ausgestattet und/oder mit im
Wellenlängenbereich der ausgesandten Strahlung empfindlichen Detekto
ren versehen sein.
Auf diese Weise können Störstrahlungseinflüsse weitgehend ausgeschlos
sen werden, und es kann eine Unabhängigkeit von natürlichen Lichtver
hältnissen erlangt werden.
1
Positionsüberwachungssystem
10
Kamera
11
Strahlungsquelle
12
Auswerteeinheit
13
bewegliche Kamera
15
a Reflektor
15
b Reflektor
20
führerloses Transportsystem (FTS)
30
Schweißroboter
35
Arm
40
Bus
Claims (19)
1. System (1) zur Überwachung der Position zumindest eines bewegli
chen Objektes (20, 30) innerhalb eines Überwachungsbereiches mit
zumindest einer Kamera (10, 10a, 10b, 13) zur Aufnahme von Bildern des Überwachungsbereiches und des darin befindli chen Objektes (20, 30),
einer dieser zugeordneten Auswerteeinheit (12) zur Verarbei tung der aufgenommenen Bilder und zur Lokalisierung der Position des Objektes (20, 30) im Überwachungsbereich,
zumindest einer, der Kamera (10, 10a, 10b, 13) zugeordneten, insbesondere im Kameragehäuse vorgesehenen Strahlungs quelle (11), sowie
mindestens einem codierten, auf dem Objekt (20, 30) ange brachten Reflektor (15a, 15b).
zumindest einer Kamera (10, 10a, 10b, 13) zur Aufnahme von Bildern des Überwachungsbereiches und des darin befindli chen Objektes (20, 30),
einer dieser zugeordneten Auswerteeinheit (12) zur Verarbei tung der aufgenommenen Bilder und zur Lokalisierung der Position des Objektes (20, 30) im Überwachungsbereich,
zumindest einer, der Kamera (10, 10a, 10b, 13) zugeordneten, insbesondere im Kameragehäuse vorgesehenen Strahlungs quelle (11), sowie
mindestens einem codierten, auf dem Objekt (20, 30) ange brachten Reflektor (15a, 15b).
2. System (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahlungsquelle (11) bevorzugt Strahlung in einem engen
Wellenlängenbereich, insbesondere in einem Bereich kleiner als
100 nm, aussendet.
3. System (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Reflektor (15a, 15b) eine aus reflektierenden bzw. nicht re
flektierenden Segmenten gebildete, räumlich gekrümmte, insbesondere
halbkugelförmige Reflektorfläche und/oder eine aus mehreren
ebenen, in unterschiedlichen räumlichen Lagen angeordneten Flä
chen bestehende Reflektorfläche aufweist.
4. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß je überwachtem Objekt (20, 30) zwei codierte Reflektoren (15a,
15b) vorgesehen sind.
5. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine Kamera (10) ortsfest und zumindest eine weitere Kamera (13) beweglich montiert ist, oder
daß alle Kameras (10, 10a, 10b) ortsfest sind, oder
daß alle Kameras (10a, 10b, 13) beweglich sind.
daß zumindest eine Kamera (10) ortsfest und zumindest eine weitere Kamera (13) beweglich montiert ist, oder
daß alle Kameras (10, 10a, 10b) ortsfest sind, oder
daß alle Kameras (10a, 10b, 13) beweglich sind.
6. System (1) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine Kamera (10, 13) zur Überwachung der Bewe
gung des Objektes (20, 30) in einer Ebene und zumindest eine wei
tere Kamera (10, 13) zur Überwachung der Bewegung des Objektes
(20, 30) in einer dritten Dimension vorgesehen ist.
7. System (1) nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine Kamera (13) bezogen auf den Objektbereich ein
höheres Auflösungsvermögen als die anderen Kameras (10) besitzt.
8. System (1) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine ortsfeste Kamera (10) mit niedrigerer Auflösung und eine
mit dieser gekoppelte bewegliche Kamera (13) mit höherer Auflösung
vorgesehen sind, wobei die Kamera (13) mit höherer Auflösung ab
hängig von einer über die ortsfeste Kamera (10) erfaßte Objektposi
tion auf ein erfaßtes Objekt (20, 30) nachführbar ist, wobei der
Überwachungsbereich der beweglichen Kamera (13) eine Teilmenge
des Überwachungsbereiches der ortsfesten Kamera (10) bildet.
9. System (1) nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Kameras (10a, 10b) zur Verfolgung der Bewegung des
Objektes (20, 30) im Überwachungsraum miteinander gekoppelt
sind, wobei die Überwachungsbereiche der einzelnen Kameras (10a,
10b) sich teilweise überlappen oder direkt aneinander angrenzen.
10. System (1) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kameras (10a, 10b) derart miteinander gekoppelt sind, daß
eine nachfolgende Kamera (10b) abhängig von einer über eine vor
hergehende Kamera (10a) erfaßten Objektposition auf ein in den
Überwachungsbereich der nachfolgenden Kamera (10b) eintretendes
Objekt (20, 30) nachführbar ist.
11. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest ein optisches Filter zur Reduktion von Fremdstrah
lungseinflüssen an dem Reflektor (15a, 15b) und/oder der Kamera
(10, 10a, 10b, 13) und/oder der Strahlungsquelle (11) vorgesehen
ist.
12. Verfahren zur Überwachung der Position zumindest eines bewegli
chen Objektes (20, 30) innerhalb eines Überwachungsbereiches, bei
dem das sich im Überwachungsbereich bewegende Objekt (20, 30)
von zumindest einer Kamera (10, 10a, 10b, 13) erfaßt wird, indem
von einer Strahlungsquelle (11) ausgesandte Strahlung von zumin
dest einem auf dem Objekt (20, 30) angebrachten, codierten Reflek
tor (15a, 15b) reflektiert wird und von einer Auswerteeinheit (12)
aus dem von der Kamera (10, 10a, 10b, 13) aufgenommenen Bild
von Objekt (20, 30) einschließlich Reflektor (15a, 15b) die Position
des Objektes (20, 30) berechnet und bewertet wird, um in Abhän
gigkeit von dem Bewertungsergebnis eine Reaktion, beispielsweise
einen Alarm, auszulösen.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteeinheit (12) über der Projektion des Abstandes (x)
zumindest zweier, am Objekt angebrachter, codierter Reflektoren
(15a, 15b) voneinander auf die Bildebene der Kamera (10, 10a, 10b,
13) Zusatzinformation über die Position des Objektes (20, 30) im
Überwachungsbereich erhält.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß von zumindest einer Kamera (10, 10a, 10b, 13) die Bewegung
des Objektes (20, 30) in einer Ebene überwacht wird und von zu
mindest einer weiteren Kamera (10, 10a, 10b, 13) die Bewegung des
Objektes (20, 30) in einer dritten Dimension überwacht wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine bewegliche Kamera (13) mit höherer Auflösung
abhängig von einer über die ortsfeste Kamera (10) mit niedrigerer
Auflösung erfaßten Objektposition auf das Objekt (20, 30) nachge
führt wird, wobei der Überwachungsbereich der beweglichen Kame
ra (13) eine Teilmenge des Überwachungsbereiches der ortsfesten
Kamera (10) bildet.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere miteinander gekoppelte Kameras (10a, 10b) die Bewe
gung des Objektes (20, 30) im Überwachungsraum verfolgen, wobei
die Überwachungsbereiche der einzelnen Kameras (10a, 10b) sich
teilweise überlappen oder direkt aneinander angrenzen.
17. Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine nachfolgende Kamera (10b) abhängig von einer über eine
vorhergehende Kamera (10a) erfaßten Objektposition auf ein in den
Überwachungsbereich der nachfolgenden Kamera (10b) eintretendes
Objekt (20, 30) nachgeführt wird, so daß die Überwachung des Ob
jektes (20, 30) nahtlos von der einen Kamera (10a) zur anderen Ka
mera (10b) übergeht.
18. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß von der Auswerteeinheit (12) das von der ortsfesten Kamera (10)
erfaßte Bild des Überwachungsbereiches zur Groberfassung des
Objektes (20, 30) verwendet wird, während das von der beweglichen
Kamera (13) erfaßte Bild dazu verwendet wird, die Position des Ob
jektes (20, 30) im Überwachungsraum zu bewerten und in Abhän
gigkeit von dem Bewertungsergebnis eine Reaktion auszulösen.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewertung der Objektposition von der Auswerteeinheit (12)
durch Vergleich der aktuellen Winkelstellung einer beweglichen
Kamera (10, 10a, 10b, 13) mit einer vorgegebenen, zulässigen Win
kelstellung vorgenommen wird.
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