DE102011016084A1

DE102011016084A1 - Kollisionserkennung in beweglichen Systemen

Info

Publication number: DE102011016084A1
Application number: DE102011016084A
Authority: DE
Inventors: Alfred Brühn; Xenia Brühn
Original assignee: Sciknowtec GmbH
Current assignee: Sciknowtec GmbH
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2012-10-11

Abstract

Verfahren zur Kollisionsvermeidung in mechanisch beweglichen Systemen. Bewegliche Komponenten eines Systems mittels Transponder zu markieren, um damit eine Annäherung dieser Komponenten zu detektieren, ist im üblichen RFID-Konzept weder einfach noch überhaupt vorgesehen. Wenn man Annäherungen von mehreren beweglichen Komponenten detektieren will, dann scheitert man oftmals am Aufwand für diese an sich ganz einfach erscheinende Aufgabe. Es werden aktive Sende- und Empfangseinheiten (die als „Basiseinheiten” bezeichnet werden) eingesetzt, zwischen denen keine direkte Verbindung besteht, zwischen denen aber eine durch die Markierungen vermittelte Verbindung hergestellt werden kann, wenn diese Markierungen sich aneinander annähern. Antikollisionsdetektor

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung drohender Kollisionen und zur Vermeidung von Kollisionen von gegeneinander beweglichen Komponenten in Systemen und in diesem Zusammenhang auf dafür geeignete Markierungen.
Bei gegeneinander beweglichen Systemkomponenten, oder solchen, die in unterschiedlicher oder sich verändernder Umgebung eingesetzt werden (höhenverstellbare Tische und Liegen, Hebebühnen, Industrieroboter, Manipulatoren, usw.) können die Komponenten nicht in allen Situationen unter derart kontrollierten Bedingungen bewegt werden, dass Kollisionen in allen Fällen vermieden werden können.
Systemsteuerungen und Kontrolleinrichtungen müssen mit einer nur eingeschränkt eindeutig definierten Start- und Betriebssituation zurechtkommen. Daher ist bei der Entwicklung und bei der Nutzung derartiger Systeme ein relativ großer Aufwand notwendig, um Kollisionen zu vermeiden. Deshalb werden z. B. aufwendige und rechenintensive Modelle des räumlich zu steuernden, realen Systems in einem Steuerungsrechner bzw. Rechnerspeicher verwaltet.
Dass aber alle denkbaren (kaum jemals alle wirklich möglichen) Kollisionen auch zweifelsfrei vorhersagbar und/oder vermieden werden können, erscheint auf diesem Weg nicht wirklich erreichbar. Daher besteht Bedarf, Annäherungen von kollisionsgefährdeten Ecken, Kanten oder Flächen sensorisch zu überwachen.
Bei Systemen wie z. B. Industrierobotern, automatisch hoch und runter fahrbaren Sitzen oder Liegen, Hebewerken, usw. werden oftmals an Stellen, an denen Kollisionen denkbar sind, Sensoren und/oder Schalter vorgesehen, die bei einer drohenden, meist schon begonnenen Kollision alle Antriebe (Motoren) sofort abschalten, um so einen größeren Schaden zu vermeiden. Bei fest vorgegebenen und unveränderlichen Bewegungsrahmen sind derartige Endschalter oder Endpositionssensor durchaus sinnvoll und hinreichend. Je variabler Systeme jedoch ausgelegt werden müssen, in irgendeiner Weise transportabel sind oder räumlich variabel oder auch versetzbar arbeiten sollen, sich also in einer veränderlichen Umgebung bewegen, desto weniger sind derart feste Schalterpositionen aber zureichend.
In diesem Zusammenhang sind Strategien bekannt, die Kollisionen an sich als unvermeidlich annehmen, mit denen aber zumindest schwerwiegende Schäden vermieden werden. Einige dieser Verfahren überwachen und/oder begrenzen z. B. die Motorströme. Eine auf diese Weise sensorisch erfasste Kollision hat i. a. allerdings schon in dem Moment begonnen, in dem sie erfasst wird, da die sensorisch erfasste Größe selbst nur als Folge des Kollisionsgeschehens entsteht.
Aus diesem Grund wurde z. B. versucht, ganze Systemeinheiten in eine elastische Umhüllung einzubetten, um so die Folgen einer Kollision in Grenzen zu halten ( DE 695 01 292 ).
Aus der DE 197 42 686 ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Eindringen einer mit einem Transponder gekennzeichneten, beweglichen Einheit erfasst werden kann, wenn diese in den Nahbereich einer feststehenden Antennenanordnung eindringt. Das offenbarte Verfahren geht zwar nicht weiter, als dies z. B. auch von Diebstahlsicherungen (Eindringen von mit RFID-Transpondern gesicherten Handelsprodukten in einen Antennenbereich) oder von Zugangs- oder Kontrollsystemen (Schlüsseltransponder gelangen in den räumlich begrenzt arbeitenden Antennenbereich eines Lesers) bekannt ist; trotzdem besteht so aber zumindest prinzipiell die Möglichkeit, die Annäherung einer ersten Komponente (wenn diese mit einem RFID-Transponder verbunden ist) an eine zweite Komponente zu erfassen (wenn diese eine Leseeinheit enthält).
Im Zusammenhang mit derartigen RFID-Anwendungen kann auf die Entfernung zwischen Lesestation und Transponder geschlossen werden, weil auf Grund begrenzter Feldstärken nur im Nahbereich des Lesers ein Transponder versorgt wird und dieser reagieren kann. Eine echte Distanzerfassung ist i. a. nicht vorgesehen; antwortet ein Transponder, dann schließt das (aktive) System, hier die Lesestation, dass der (passive) Transponder (und damit u. U. auch ein eventueller Kollisionspartner) relativ nahe ist.
Bei derartigen RFID-Anwendungen ist einer der beiden Funkpartner (i. a. die Lesestation) aktiv auszulegen; nur der jeweils andere Funkpartner (i. a. der Transponder) kann bei den gängigen Konzepten passiv ausgelegt sein, weil Leseeinheiten so starke elektromagnetische Felder erzeugen müssen, dass diese zur Versorgung eines passiven RFID-Transponders auch ausreichen. Das kann aber i. a. nur von einer aktiven Einheit mit den entsprechend großen Energiereserven bereitgestellt werden.
Somit ist eine Annäherungsdetektion auf diese Weise zwar prinzipiell möglich, aber jeweils eine Komponente muss (mit dem entsprechend hohem Aufwand) aktiv ausgestaltet werden; nur eine der beiden beteiligten Komponenten kann in diesen Konzepten mit einem passiven Element markiert werden. Andererseits haben passive Transponder natürlich eine ganze Reihe von sehr interessanten Eigenschaften, die auch für eine Kollisionsmarkierung erstrebenswert erscheinen: Sie erlauben eine einfache Handhabung, weil diese Transponder einfach auf die Oberfläche eines zu kennzeichnenden Objekts aufgebracht werden können, dann ohne eigene Stromversorgung arbeiten und so keine weiteren Aktivitäten (z. B. Batteriewechsel) erwarten lassen.
Bewegliche Komponenten eines Systems mittels normaler RFID-Transponder zu markieren, um dann mit einer, auf diese Transponder bezogenen, extern angeordneten, normalen RFID-Lesestation eine gegenseitige Nähe dieser Komponenten zu detektieren, ist aber i. a. weder einfach, noch überhaupt vorgesehen. Wenn man in diesem so üblichen RFID-Konzept eine gegenseitige Annäherung von mehreren beweglichen Komponenten detektieren will, dann scheitert man am Aufwand für diese an sich ganz einfach erscheinende Aufgabe.
In diesem Zusammengang bleibt zudem das Problem einer metallischen Umgebung (die bei derartigen Anwendungen meist gegebenen ist) meist ungenannt, was auf dem Stand der Technik den Einsatz – nicht nur passiver Transponder – aber durchaus in Frage stellen kann.
Eine Annäherung von auch nur zwei Komponenten zu detektieren, die beide nur mit passiven Transponder markiert sind, erscheint auf diese Weise auf dem bisherigen Stand der Technik nicht erreichbar.
Unter diesen Bedingungen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Sensoranordnungen und/oder Markierungen und/oder Transponder anzugeben, mit denen kollisionsgefährdete Stellen an beweglichen mechanischen Komponenten gekennzeichnet werden können und deren Annäherungen aneinander so frühzeitig und einfach detektiert werden können, dass drohende Kollisionen erkannt und Schäden vermieden werden können, wobei die Einbindung der gesamten Sensoranordnungen in die zu überwachenden beweglichen Systeme und in deren Kontroll- bzw. Systemsteuerungen möglichst einfach sein soll.
Die Lösung dieser Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 erreicht.
Die grundsätzliche Zielvorstellung besteht danach darin, Oberflächen (also Flächen, Kanten, Ecken, usw.), für die möglicherweise ein Kollisionspotential besteht, durch Markierungen zu kennzeichnen und entweder alle vorhandenen Markierungspunkte in Bezug auf eine Referenz oder die Distanzen von mindestens zwei derartigen Markierungen zueinander zu erfassen, wobei

– Markierungen, Sensoren oder Transponder möglichst passiv ausgelegt werden sollen (zumindest keine eigene Batterie aufweisen sollen) und,
– wenn irgendwie möglich, auch die notwendigen, aktiven Einheiten einen möglichst geringeren Versorgungsbedarf haben sollen, zumindest einen deutlich geringeren, als das von den Leseeinheiten der normalen RFID-Anwendungen her bekannt ist.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, aktive Sende- und Empfangseinheiten (die im Folgenden als „Basiseinheiten” bezeichnet werden) einzusetzen, zwischen denen zwar keine direkte Verbindung besteht, wohl aber eine „Mediatorunterstützte Verbindung” hergestellt werden kann, wobei eine solche „Mediatorunterstützung” durch die Markierungen erfolgen soll, wenn diese sich aneinander annähern.
Die grundsätzliche Vorstellung der Verbindungsvermittlung wird in der gezeigt: Eine sendende Einheit (1) sendet auf einer ersten Frequenz f₁. Eine empfangende Einheit (3) empfängt Signale auf einer anderen Frequenz f₃. Wenn diese beiden Frequenzen f₃ und f₃ nicht üübereinstimmen, kann keine Verbindung zwischen diesen beiden Einheiten bestehen, was durch das unterbrochen Funksymbol (2) angedeutet werden soll. Unter Zuhilfenahme einer dritten Einheit (6) können die Frequenzen f₁ und f₃ aber aneinander angepasst werden: Indem diese Einheit (6) aus dem empfangenen Signal mit der Trägerfrequenz f₁ (mittels eines Signals eines lokalen Oszillators (5), der ein Signal mit der Frequenz f₂ bereitstellt) ein Signal mit einer Frequenz f₃ generiert, kann eine Verbindung von der sendenden Station (1) über den Überlagerungstransponder (6) zur empfangenden Stationen (3) dann eben doch hergestellte werden.
Erfindungsgemäß können (vgl. ) zwei als Basiseinheiten bezeichnete Einheiten B₁ (10) und B₂ (11) auf Grund von Inkompatibilitäten (Frequenz, Distanz, Trägerart, usw.) keine direkte Verbindung zueinander herstellen (12). Das kann aber durch eine Mediatorfunktion M (15), realisiert durch die beiden Markierungen M₁ (17) und M₂ (14), erreicht werden. Mit diesen Markierungen können zugleich auch mögliche Kollisionspunkte an Objekten gekennzeichnet werden.
Die Markierung M₁ (17) kann die Sendungen von der Basisstation B₁ (10) empfangen, M₂ (14) kann die Basisstation B₂ (11) erreichen. Das allein reicht aber noch nicht aus, um eine Verbindung zwischen den Basisstationen herzustellen. Erst wenn die beiden Markierungen sich nah kommen und eine Grenz-Mindestdistanz unterschreiten, interagieren sie (9) und stellen ein weitergeleitetes Signal (8) bereit. Damit erst wird eine Verbindung zwischen den Basisstationen hergestellt. Dieses wird durch die Beschreibung weiter unten detaillierter beschrieben.
Eine „Mediatorunterstützung”, die bis hier ein zunächst nur postuliertes Konzept darstellt, kann allerdings z. B. mittels Transponder und/oder anderer Einheiten erreicht werden: Von solchen Transponder, Sensoren oder anderen Einheiten abgeleitet, werden erfindungsgemäß „nur teilweise vollständige Einheiten” bzw. „nur teilweise vollständige Sensoranordnungen bzw. Transponder” als Markierungen genutzt. Diese Markierungen sind einzeln bezüglich der „Mediatorfunktion” noch nicht funktionsfähig, können sich aber, wenn sich mehrere in relativer Nähe zueinander befindenden, zu einer dann vollständigen Mediatorfunktion bzw. Transponderfunktion ergänzen. Markierungen (oder auch Teilkomponententransponder) ergeben sich daher konstruktiv u. a. dadurch, dass von definiert abgrenzbaren Komponenten eines vollständigen Transponders eine jeweils „nur teilweise vollständige Kombination” gebildet wird.
In dieser Form werden dann diese „Markierungen” zur Kennzeichnung kollisionsgefährdeter Stellen genutzt werden. Das Bereitstellen vollständiger Sensor- oder Transponderfunktionen soll sich ergeben, so die erfindungsgemäße Überlegung, wenn zu einer ersten „nur teilweise vollständigen Sensor- bzw. Transpondermarkierung” mindestens eine weitere, ebenfalls „nur teilweise vollständige Sensor- bzw. Transponder-Markierung” hinzukommt. Um das aber so tatsächlich zu erreichen, müssen sich mindestens zwei Markierungen mit ihren Komponenten zu einer dann ”vollständigen Sensor- bzw. Transpondermarkierung” ergänzen können (im Folgenden werden nur noch Transponder oder Markierung genannt). Das Zusammenbringen von Markierungen kann an sich durch eine beliebige Aktion erfolgen, hier erfindungsgemäß durch die Relativbewegungen beweglicher Komponenten zueinander. Aber auch ganz andere Anwendungen sind denkbar. (Z. B. könnten Produkte oder Fertigungskomponenten auf diese Weise markiert werden; nur passende Markierungen signalisieren, über die durch die jeweilig Kombination bereitstehende Mediatorfunktion, eine korrekte oder falsche Komponentenwahl oder – invers interpretiert – auch die Entnahme).
Kann nun das Bestehen einer solchermaßen vervollständigten (Transponder-)Funktion von einer Systemsteuerung oder einer Kontrolleinrichtung in irgendeiner Weise erkannt werden, dann erkennt diese auch, dass „irgendwo im Bereich des Systems” sich eine Annäherung von zueinander beweglichen Komponenten anbahnt (oder auch, dass gerade eine Trennung von beweglichen Komponenten erfolgt). Kann die Systemsteuerung oder Kontrolleinrichtung die bewegungsbedingt vervollständigten Transponderfunktionen auch noch unterscheiden, dann „weiß” diese auch, an welcher Stelle die Kollision gerade droht. (Was nicht immer unbedingt nötig ist; oftmals genügt das unspezifische Erkennen einer Kollisionsgefahr innerhalb der gegebenen Systemumgebung).
Um die Probleme mit metallischen bzw. leitenden Oberflächen zu lösen, aber auch um die Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Techniken zu erweitern und um damit neue Konzepte auszuarbeiten, werden alternativ oder ergänzend zu den mit elektromagnetischen Feldern arbeitenden Transpondern, auch Transponder genutzt, die evtl. auch zusätzliche Kanälen bereitstellen, die z. B. mit Licht, Schall und/oder Vibration arbeiten.
Aus unserer DE 10 2007 056 928 sind nun Überlagerungstransponder bekannt, die aktiv (mit eigener Stromversorgung), semipassiv (Stromversorgung nur für definierte Funktionen, nicht für die Signalübertragung) oder auch passiv (ohne eine eigene Stromversorgung) ausgelegt werden können. Der generelle Aufbau dieser Überlagerungstransponder ist gegeben durch

– mindestens einen ersten Resonator zum Sammeln von Energie auf einer ersten Frequenz f₁,
– mindestens einen zweiten Resonator zum Sammeln von Energie auf einer zweiten Frequenz f₂,
– mindestens eine Nichtlinearität, die aus dem Überlagerungssignal der ersten und zweiten Frequenz neue Frequenzen, z. B. die Differenzfrequenz aus der ersten und zweiten Frequenz entstehen lässt,
– mindestens einen dritten Resonator, der Energie aus den so neu entstandenen Signalfrequenzen aufnimmt und sammelt und zur weiteren Nutzung bereitstellt bzw. dieses Signal mit der neu erzeugten Frequenz f₃ auch wieder abstrahlt.

Ein derartiger Überlagerungstransponder empfängt (resonatorunterstützt) Signale auf einer ersten Frequenz f₁ und sendet (resonatorunterstützt) Signale auf einer anderen Frequenz f₃ aus, die aus der empfangenen Frequenz f₁ abgeleitet werden, wozu mindestens ein weiteres Signal mit einer Frequenz f₂ genutzt wird. Dieses Signal mit der Signalfrequenz f₂ kann von einem lokalen Oszillator stammen (darunter soll eine dem Transponder direkt zugeordnete Signalquelle verstanden werden), von extern (auch drahtgebunden) zugeführt oder durch eine beliebige andere Quelle bereitgestellt werden; es kann auch von einer anderen Sendestation kommen, oder kann durch Schall (Ultraschall, Schwingungen, Vibrationen), Licht, durch magnetische oder elektrische Felder, auch mittels modulierter Signale, zum Transponder übertragen werden.
Die in diesem Konzept verwendeten Resonatoren bestehen i. a. nur aus zwei Komponenten, nämlich einer Induktivität und einer Kapazität und haben i. a. keinen direkten Kontakt untereinander oder zu einer Schaltung. (Im erfindungsgemäßen Konzept sind aber auch andere Resonatoren, z. B. SAWs, Quarze oder Piezoelemente, andere resonanzgeprägte Bauelemente, usw. ebenfalls einsetzbar). Die Tatsache, dass sie einfach nur dazu da sind, um zu schwingen und in diesen Schwingungen Energie auf einer definierten Frequenz anzusammeln, grenzt ihre Funktion von einem „normalen Schwingkreis” ab. Sie werden deshalb zur Unterscheidung zu sonstigen Schwingkreisen als „Resonatoren” bezeichnet, obwohl sie natürlich ebenfalls, sogar „reine”, Schwingkreise darstellen. Sie können sowohl als Parallelschwingkreis oder auch als Serienschwingkreis gesehen werden und haben somit die Fähigkeit zur Stromüberhöhung und zur Spannungsüberhöhung.
Der in der DE102007056928 verwendete Begriff des „Überlagerungstransponders” soll für diese beschriebene Konstruktion hier beibehalten werden, da hierbei die Ausbildung von Überlagerungssignalen einen klaren technischen Vorgang darstellt und unzweifelhaft die Funktion eines Transponders vorliegt.
Wichtig für die erfindungsgemäße Nutzung einer solchen Anordnung ist, dass die genannten Komponenten (vor allem die in den Überlagerungstranspondern eingesetzten Resonatoren) untereinander keine galvanischen (d. h. durch Drähte und Kontakte hergestellte) Verbindungen aufweisen; sie liegen gewissermaßen nur beieinander, um die vorgesehenen Funktionen zu erfüllen.
Durch diesen grundsätzlichen Aufbau können die in einem Überlagerungstransponder enthaltenen Komponenten voneinander isoliert werden, können beliebig neu kombiniert und zusammengestellt werden, können so für unterschiedliche Arbeitsfrequenzen ausgelegt, in unterschiedlichster Auslegung (in Form und Aufbau) wieder zusammengestellt und so als „Markierungen” genutzt werden. Diese Markierungen enthalten die Komponenten eines (vollständigen) Überlagerungstransponders aber nur insoweit, als dass eine einzelne Markierung noch keine vollständige Transponderfunktion bereitstellt. Insofern kann eine solche Markierung auch als „Teilkomponenten-Transponder” bezeichnet werden, wenn die Eigenschaft „Markierung” hier nicht als primäre Eigenschaft zu sehen ist, wohl aber der aus Teilkomponenten eines vollständigen Transponders oder eines Sensors bestehende Aufbau.
Auf Grund der besonderen Aufgabenstellung wird hierzu das Konzept noch einmal erweitert und verallgemeinert. Als „Transponder” soll jede Art von Einheit gesehen werden, die zum Empfang oder zur Aufnahme eines oder mehrerer Signale (drahtlos, aber durchaus auch drahtgebunden) geeignet ist und die gleichzeitig zum Aussenden oder zur Weitergabe eines oder mehrerer Signale (drahtlos, aber durchaus auch drahtgebunden) im Sinne einer Antwort geeignet ist, egal mit welchen Trägermedien gearbeitet wird.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass das Konzept einer „Komponentenverteilung” auf derart gerade noch nicht funktionierende Einheiten (Teilkomponententransponder), die sich erst durch mindestens eine zweite Markierung (Teilkomponententransponder) zu einer vollständigen Transponderfunktion ergänzen, auf mehr als nur eine Transponderfunktion, auf unterschiedliche Frequenzbereiche und auf alle bzw. andere Systemkomponenten ausgedehnt werden kann, z. B. auf Sende- und Empfangsstationen, die z. B. als Basiseinheiten verwendet werden, oder auf Hilfsfunktionen, wie z. B. die lokalen Oszillatoren, usw.
Die in diesem erfindungsgemäßen Konzept vorgesehenen aktiven Basiseinheiten brauchen i. a. keine sehr starken Felder mit großen Leistungen zu erzeugen, wie das für eine Versorgung passiver RFID-Transponder notwendig wäre. Eine bei „Normalleistung” zwischen den Basiselementen gegebene bzw. herstellbare Verbindung genügt. (Unter „Normalleistung” soll hier der Leistungsaufwand verstanden werden, der in etwa auch zur Überbrückung einer gegebenen Funkdistanz normalerweise nur benötigt werden würde).
Zudem werden auch hierbei nicht nur funkbasierte Systeme eingesetzt, sondern u. U. auch Einheiten, die mit Licht, mit Schall/Ultraschall, mit elektrischen und/oder magnetischen Feldern, oder in einer beliebigen Kombination von diesen Übertragungsmedium arbeiten. (Das ist auf Grund einer oft gegebenen metallischen Umgebung, aber auch aus EMV-Gründen oftmals ohnehin empfehlenswert).
Das Grundsätzliche des erfindungsgemäßen Konzepts kann im weitesten Sinne gesehen werden als verallgemeinerte Schalterfunktion zur Ausbildung von Datentransportwegen zwischen den Basiseinheiten. Zur Ausbildung einer Verbindungs-Vermittlungsfunktion ist hier ein bewegungsbedingtes Zusammenbringen von Markierungen vorgesehen, vergleichbar einem Zusammenbringen von Schalterkontakten in einem tatsächlichen Schalter. Dabei können unterschiedlich zusammengestellte Kombinationen geeigneter Komponenten (Resonatoren, Mischeinheiten, lokale Oszillatoren usw.) zur Ausprägung von Markierungen (gewissermaßen Schaltkontakte) nützlich sein.
In einer ersten Ausführung der Erfindung kann jede Komponente, die zur Ausbildung einer definierten Funktion in einem Überlagerungstransponder vorhanden sein muss, von diesem Transponder isoliert und in einer eigenen Einheit angeordnet werden: zeigt dazu wieder die zur bereits grundsätzlich eingeführten Basis- und Vermittlungseinheiten in Form einer durch einen Überlagerungstransponder vermittelten Verbindung in einer realen Anordnung (19): Die beiden Basiseinheiten (20), (21) können innerhalb oder außerhalb eines gedachten Systems (19) positioniert sein. In diesem Beispiel werden die beiden Basiseinheiten innerhalb des Systems (19) angenommen. Zwischen diesen Basiseinheiten (20), (21) besteht aber weder innerhalb noch außerhalb des gedachten Systems (19) eine direkte Funkverbindung (22). Diese beiden Basiseinheiten können an geeigneter Stelle innerhalb des Systems auf kurzem Weg z. B. mit einem meist vorhandenen Bussystem mit der Systemsteuerung verbunden werden. Die Installation derartiger Einheiten ist i. a. einfach und unkompliziert; der Einsatz und die Nutzung wird sofort verständlich, wenn die Markierungen als Schaltkontakte gesehen werden und zwei zusammenliegende „Kontakte” als Schalter Informationswege zwischen zwei Basiseinheiten verbinden.
Die Funktionen des Systems entsprechen der Beschreibung zur : Die erste Basiseinheit (20) sendet Signale (23) auf einer ersten Frequenz f₁; ein erster Resonator (28) (hier in einer Teileinheit (33) eines Überlagerungstransponders (31) angenommen entnimmt dem Signal (23) Energie und schwingt auf dieser ersten Frequenz f₁. Die zweite Basiseinheit (21) sendet in diesem Beispiel Signale (24) auf einer zweiten Frequenz f₂, die einen zweiten Resonator (29) (hier in einer anderen Teileinheit (32) eines Überlagerungstransponders (31)) zum Schwingen veranlasst. Die elektromagnetischen Felder der beiden schwingenden Resonatoren (28) und (29) überlagern sich (zumindest bei ausreichender Nähe zueinander) und bilden ein Überlagerungssignal, aus dem eine Nichtlinearität (30) neue Signalfrequenzen herausbilden kann, die einen dritten Resonator (27) zum Schwingen anregen. Dieser dritte Resonator (27) strahlt dadurch auf seiner Resonanzfrequenz Signale (25) bzw. (26) an die Basiseinheiten (20) und/oder (21) ab.
Diese so zwischen den Basiseinheiten (20) und (21) bestehende Verbindung signalisiert dem System, dass eine vollständige Transpondereinheit zwischen den Basisstationen (20) und (21) steht. Hier besteht eine solche Verbindung praktisch dauerhaft, was aber z. B. im Sinne einer Referenzbildung durchaus sinnvoll sein kann, wenn z. B. eine Wegnahme von Komponenten ebenfalls zu detektieren sein sollte und/oder wenn zur Sicherheit der Systemsteuerung die Funktionsfähigkeit der Anordnung signalisiert werden soll.
Wie durch die angedeutete Bildung von Teileinheiten (32), (33) mit darin enthaltenen Komponenten des Überlagerungstransponders schon gezeigt kann zur Kennzeichnung eines Objektes (z. B. zur Markierung der Kanten, Ecken oder Flächen) jede der im Transponder enthaltenen Komponenten eingesetzt werden.
zeigt dazu eine zur vergleichbare Anordnung, jedoch fehlen in diesem Beispiel dem ursprünglichen Überlagerungstransponder (45) zwei Komponenten, nämlich ein Resonator (46) und die Nichtlinearität (47), die hier einem zweiten mechanischen System (49) zugeordnet sind. Die ursprüngliche Überlagerungstranspondereinheit (45) besteht ebenfalls aus nur noch zwei Komponenten, nämlich aus einem ersten Resonator (42) und einem zweiten Resonator (43) und ist wie zuvor dem ersten mechanischen System (49) zugeordnet. Die sich so ergebenden beiden „Teilkomponenten tragende Einheiten” können im Folgenden als Markierungen der beiden mechanischen Einheiten (44) und (49) angesehen und genutzt werden.
Die im ersten mechanischen System (44) vorhandene erste Basiseinheit (35) sendet Signale (40) auf einer ersten Frequenz f₁ aus und kann Signale (38) auf einer anderen (dritten) Frequenz f₃ empfangen; die zweite Basiseinheit (36) sendet Signale (41) auf einer zweiten Frequenz f₂ aus und kann ebenfalls Signale (39) auf einer Frequenz f₃ empfangen. Das erste Signal (40) mit der ersten Frequenz f₁ regt, wie schon beim Beispiel der , einen ersten Resonator (42) in der Markierung (45) zum Schwingen an. Das zweite Signal (41) mit der zweiten Frequenz f₂ wird zwar von der zweiten Basiseinheit (36) ausgestrahlt, läuft aber aufgrund des in dieser Markierung (45) für diese Frequenz f₂ fehlenden Resonators ohne Wirkung ins Leere.
Da dieser zweite Resonator in der Markierung (45) fehlt, kommt keine Überlagerung von Signalen zustande. Der in der Markierung (45) zwar vorhandene Resonator (43) für eine Frequenz f₃ wird aber aufgrund des fehlenden Überlagerungssignals (und zudem der auch fehlenden Nichtlinearität) nicht zu Schwingungen angeregt; es entsteht kein Antwortsignal, das weitergeleitet werden kann und somit wird auch keine Verbindung zwischen den beiden Basiseinheiten (35) und (36) hergestellt und bestehen.
In der zweiten mechanischen Komponente (49) könnte, wenn das von der Basiseinheit (36) abgestrahlte Signal (41) den dort vorhandenen Resonator (46) erreicht, dieser Resonator (46) zwar zum Schwingen angeregt werden, aber das bleibt auch ohne Auswirkung, da keine anderen interagierenden Komponenten vorhanden sind. Evtl. könnte die dort vorhandene Nichtlinearität (47) Signale höherer Ordnung generieren, da aber kein weiterer Resonator für eine solche Frequenz vorliegt, ist auch das wirkungslos für eine zu vermittelnde Übertragung.
Nähert sich jetzt aber die zweite mechanische Komponente (49) der Position der ersten mechanischen Komponente (44), dann gerät der mit der zweiten mechanischen Komponente verbundene Resonator (46) in den Nahbereich der Markierung (45) der ersten mechanischen Komponente (44). Der Resonator (46) empfangt in diesem Bereich das Signal (41), das von der zweiten Basiseinheit (36) ausgesendet wird und gerät ins Schwingen. Bei ausreichender Nähe können sich die Felder der Resonatoren (42) und (46) überlagern. Die jetzt ebenfalls vorhandene Nichtlinearität (47) kann dem Überlagerungssignal neue Signalfrequenzen ausbilden, die jetzt ihrerseits den dritten Resonator (43) auf der Frequenz f₃ zu Schwingungen anregen. Die von diesem dritten Resonator jetzt abgestrahlten Signale (38) und (39) mit der Frequenz f₃ erreichen die Basiseinheiten (35) (36).
Dadurch also, dass sich die zweite mechanische Einheit (49) der ersten mechanischen Einheit (44) (in z. B. kollisionsgefährlicher Weise) annähert, werden die Komponenten im Bereich des Überlagerungstransponders (45) vervollständigt und dadurch wird eine Verbindung zwischen den Basiseinheiten (35) und (36) hergestellt. Eine wie auch immer realisierte Steuereinheit des mechanischen Systems kann also durch eine aktuell bestehende Verbindung zwischen den Basiseinheiten feststellen, dass u. U. gerade eine Kollision droht und kann entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten. (Diese Funktion ist mit einem Not-Aus-Schalter vergleichbar).
Wie so gesehen werden kann, kann jede aus dem Überlagerungstransponder (31) der herausgenommene Komponente als Markierung einer mechanischen Einheit (49) genutzt werden, so wie das in gezeigt wurde.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung kann das Konzept der Aufteilung von Komponenten aus Überlagerungstranspondern auf verschieden ausgestaltete Markierungen dann weitgehend verallgemeinert werden: Eine vollständig zusammengesetzte und damit eine funkvermittelnde Einheit ergibt sich aus den Komponenten aller am Ort aktuell vorhandenen Markierungskomponenten. Immer wenn die Durchschnittsmenge

– aus den Komponenten „dieser Vereinigungsmenge” und
– den Komponenten „einer beliebig vollständigen Funktionseinheit” gleich ist der Menge
– der Komponenten einer vollständigen Funktionseinheit, dann

Dieser Zusammenhang ist vor allem bei der Konzeption und Auslegung von mehrfachen Schutzfunktionen und vor allem bei sehr komplexeren Systemen wichtig, weil damit neben der Machbarkeit auch die Eindeutigkeit einer Realisation nachweisbar wird.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung können Markierung Komponenten enthalten, die – in Verbindung mit mehreren verschiedenen Markierungen – auch andere und mehrfache Transponderfunktionen ausbilden können. So können Markierungen Resonatoren enthalten, die für mehr als nur eine einzelne Funktion eines Überlagerungstransponders und für mehrere Frequenzbereiche vorgesehen sein können. Die Zusammenstellung der in eine Markierung eingebetteten Komponenten kann unterschiedliche Überlagerungstransponder und Funktionen definieren, kann für unterscheidbare Anwendungen für ganz unterschiedliche Frequenzen ausgelegt werden.
Die Komponenten die in Markierungselementen zur Markierung von potentiell gefährdeten Stellen (z. B. einem Werkzeugausleger eines Roboterarms) eingebettet werden, können also mehr Komponenten enthalten, als für eine einzelne, spezielle Transponderfunktion benötigt wird. Wie oben ausgeführt, ist es unschädlich, wenn Markierungen zusätzliche Resonatoren, z. B. für andere Frequenzen, und auch evtl. auch zusätzliche andere Komponenten enthalten.
Vorteilhaft ist, dass auch eine Nutzung von mehreren Basiseinheiten möglich ist, zwischen denen die Verbindungsvermittlung erfolgen soll. Durch die Zusammenstellung der in den Markierungen eingebetteten Teilkomponenten und durch die Frequenzwahlmöglichkeiten (durch die eingesetzten Resonatoren) kann eine fast beliebige, zumindest sehr große Anzahl an Detektions- bzw. Schutzpunkten(-Kanten, -Flächen) auch in komplexen Systemen recht einfach festgelegt werden.
Eine einzelne Basiseinheit kann zudem für mehr als eine Sendefrequenz und für mehr als eine Empfangsfrequenz ausgelegt werden; Basiseinheiten können paarweise für unterschiedliche Sende- und für unterschiedliche Empfangsfrequenzen ausgelegt sein; zu zwei Basiseinheiten können so (eine oder mehrere) Überlagerungstransponderfunktionen definiert werden und mit einer größeren Zahl an Komponenten kann der schützbare Systemumfang stark erweitert werden. (Da die Menge dieser Komponenten die Anzahl der Möglichkeiten zur Ausprägung von Markierungen definiert).
Durch die Anzahl der Basiseinheiten, die kombinatorische Zusammenstellung der in den Markierungen eingebetteten Teilkomponenten, die Frequenzwahlmöglichkeiten (durch die eingesetzten Resonatoren) kann eine fast beliebig große, zumindest sehr große Anzahl an Detektions- bzw. Schutzpunkten(-Kanten, -Flächen) auch in komplexen Systemen recht einfach festgelegt werden.
Eine vorgesehene gleichzeitige Nutzung von anderen Übertragungsmedien (z. B. Schall, Licht, elektrische und magnetische Felder, Vibration, usw.) erlaubt eine Nutzung der Erfindung auch in einer fast beliebigen Umgebung.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass dem zu schützenden mechanischen System nur eine, i. a. zwei, oder aber auch mehrere Basiseinheiten beizuordnen sind, die irgendwo am System (auf möglichst kurzem Weg) der Steuerung des Systems zugeordnet werden. Eine Systemsteuerung die versucht, über eine so angekoppelte Basiseinheit Kontakt zu einer anderen, ebenso an das System angekoppelten Basiseinheit Kontakt aufzunehmen, wird evtl. feststellen, dass ein solcher Kontakt nicht besteht. Das System schließt aus diesem nicht bestehenden Kontakt, dass aktuell keine Kollisionsgefahr besteht. Zur Sicherheit kann hier ein Referenzkanal vorgesehen sein, der invers in dem Sinne arbeitet, dass über diesen Kanal immer eine Verbindung bestehen muss, um so Funktionsfähigkeit zu signalisieren.
An dieser Stelle sei zudem noch angemerkt, dass derartige Markierungen durchaus auch an definierten Positionen als Positionsmarken bzw. Eichmarken genutzt werden können. Das gezielte Anfahren einer solchen Eich-Markierung erlaubt z. B. dem System, die aktuelle Position von Komponenten im Sinne einer Referenz zu bestimmen.
Eine vorgesehene gleichzeitige Nutzung von anderen Übertragungsmedien (z. B. Schall, Licht, usw.) erweitert die Möglichkeiten noch einmal und erlaubt eine Nutzung der Erfindung auch in einer fast beliebigen Umgebung. Dazu genügt es u. U. (aber nicht immer), eines der Signale, z. B. das Signal zum Bereitstellen der Frequenz f₂, mittels Licht an die Markierung zu übertragen. Eine solche Übertragung mittels Licht und/oder Schall kann einen Raumbereich gewissermaßen ”fluten” und allen in diesem Raumbereich vorhandenen Einheiten und Markierungen zugleich eine identische Referenz bereitstellen; kann z. B. Kanäle nutzen, die durch unterschiedliche Farben definiert werden, unterschiedliche Raumbereiche definieren, kann dadurch derartige Raumbereiche aktivierbar, deaktivierbar oder umschaltbar gestalten. All dieses kann, wird und muss z. B. in Sicherheitskonzepten Eingang finden, kann in Messungen für die Bestimmung von Relativdistanzen u. ä. genutzt werden. Vieles andere mehr ist so Möglich.
Beim Einsatz der Erfindung können verschiedene Raum- und Distanzzonen definiert werden und daran orientierte Strategien genutzt werden, wobei das Folgende nur beispielhaft angegeben wird:

– Fernbereich (z. B. definierbar durch „bei letzter Kontrollmessung noch kein erkannter Annäherungsbereich und auch kein aktivierter bzw. kein oder nur langsam fahrende Motoren): Die Überwachung erfolgt z. B. in einem Polling-Modus, z. B. jede Sekunde oder sogar seltener).
– Noch-Fernbereich (z. B. definierbar durch „bei der letzten Kontrollmessung noch kein erkannter Nahbereich, aber aktivierte Motoren; je nach Motorgeschwindigkeit und Systemeigenschaft abstufbar): Die Überwachung erfolgt im Polling-Modus z. B. alle 0,1 s (wobei die in dieser Zeit max. von einer Komponente durchfahrbare Distanz kleiner sein sollte, als die Reichweite des Detektionsverfahren).
– Nahbereich, aber noch nicht Kollisionsbereich: Basisalarm auslösen und Zeittakt der Überwachung erhöhen
– Kollisionsbereich: Alarm und/oder z. B. Stop aller Maschinen

Raumzonen oder auch Grenzen können z. B. dadurch definiert werden, dass diese über Modulationen auf verschiedenen Lichtbereichen definiert werden, wobei das Licht evtl. den jeweiligen Raumbereich flutet, evtl. auch das von den Überlagerungstranspondern benötigte Signal mit der Frequenz f₂ nur im jeweiligen Raumbereich liefert. Das kann nach Farben (z. B. rot, Gelb, Grün, Blau, usw.) getrennt und gemeinsam genutzt werden.
Das kann als zusätzliche Sicherheitseinrichtung angesehen und genutzt werden, wenn z. B. Referenzkanäle zur Sicherheit parallel in inverser Funktion betrieben werden und diese zeigen, dass die Anlage funktioniert. Dafür kann ein permanent vollständiger Transponder genutzt werden, der immer eine Verbindung zwischen zwei Basiseinheiten herstellt; diese invers zu interpretierende Funktion muss immer vorhanden sein. Fehlt nun die vom Licht gelieferte Signalkomponente mit der Frequenz f₂, dann könnten diese Referenzkanäle signalisieren, dass ein Fehler vorliegt und alle im jeweiligen „Farbrevier” liegenden Geräte abgeschaltet und/oder gesperrt werden.
Durch Hinzuziehung zusätzlicher Komponenten lassen sich weitere, neue und erweiterte Szenarien entwickeln. Zum Beispiel können weitere Basiseinheiten, mit denen weitere Frequenzen ins Spiel gebracht werden können, hinzugezogen werden; die Markierungen können mehr als nur eine Frequenz nutzen, können mehr als nur eine Differenzfrequenz und/oder Summenfrequenz bereitstellen. Verschiedene Komponentenzusammenstellungen in Markierungen können dieses unterschiedlich nutzen. Die Menge an frei variierbaren Gestaltungsmöglichkeiten wird durch die Anzahl der Basiseinheiten, die Anzahl der nutzbaren Frequenzen und durch die beliebige Kombinierbarkeit (bei der Aufteilung der Transponderkomponenten auf die verschiedenen mechanischen Einheiten) sehr schnell sehr groß.
Dabei bestehen die verwendeten Komponenten im Wesentlichen nur aus einfachen Resonatoren; die stets ebenfalls benötigte Nichtlinearität kann (fast) beliebig jedem Resonator beigeordnet sein. Das reduziert zwar die kombinatorischen Möglichkeiten um diese eine Komponente, schränkt aber eine Anwendbarkeit der Erfindung meist nicht wirklich ein. Daher ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Markierungen vorgesehen, diese als Resonatoren (einfache, aufklebbare, kreisförmige Markierungen bzw. Markierungspunkte) auszulegen. Verwendet werden dann nur noch aus einer Spulenstruktur und einer Kapazität bestehende Markierungen; hinzu kommt oft noch eine Diode als Nichtlinearität und/oder evtl. ein Piezoelement und/oder eine Photodiode (die, wenn benötigt, zugleich die Nichtlinearität bereitstellen kann). In einer bevorzugten Ausgestaltung werden aus flexiblem Platinenmaterial geätzte oder auf Folien aufgedruckte Spulenstrukturen und Kapazitäten als einzelne (z. B. aufklebbar) Markierung genutzt und bereitgestellt. Diese können punktförmig, länglich linear (bei unterschiedlicher Länge) und/oder als flächenabdeckende Markierungen relativ frei genutzt werden. Eine geeignet ausgestaltete Klebefläche und Klebematerial erlaubt, derartige Markierungspunkte schnell und unkompliziert auf der Oberfläche des zu schützenden mechanischen Systems an definierten Stellen anzubringen.
Ein schnelles anbringen (und u. U. auch wieder entfernen) von Markierungen ist vor allen Dingen in der Entwicklungsphase von Bedeutung, weil so relativ schnell definiert getestet und sichergestellt werden kann, welche Positionen innerhalb eines mechanischen Systems mit derartigen Schutzmarkierungen versehen sein müssen; auch ob ein Schutzmarkierungssystem in der jeweiligen Anwendung bereits ausreichend ausgelegt ist, kann so schnell getestet werden.
Die Möglichkeit des schnellen Veränderns und Nachrüstens von Schutzmarkierungen, ohne dazu in die Systemsteuerung eingreifen zu müssen, ist von Vorteil.
Auf Grund der oftmals gegebenen Situation, leitende Gegenstände oder Materialien in der jeweiligen Umgebung berücksichtigen zu müssen, müssen in einigen Fällen Markierungen genutzt werden, die entweder sehr niederfrequent arbeiten, oder auch optische, akustische oder andere Kanäle nutzen können. Licht ist zudem oftmals nützlich, weil mit dem Licht zusätzlich Energie den Markierungen zugeführt werden kann. Die möglichen Kombinationen der Komponenten oder die Nutzung verschiedener Träger sind wieder vielfältig gestaltbar, ohne den Bereich der Erfindung damit zu verlassen.
Eine Markierung kann z. B. einen Lichtkanal nutzen, um sowohl ein Signal, z. B. für die Frequenz f₁ oder f₂, zu empfangen als auch, um aus diesem Signal Energie zu beziehen. Es sei angemerkt, dass Lichtkanäle in einem Multiplexverfahrens mehrfach bzw. vielfältig genutzt werden können (räumlich und zeitlich getrennt, auf verschiedenen Wellenlängen arbeitend, usw.).
Es sei zudem angemerkt, dass solchermaßen mehrkanalig arbeitende Träger geeignet sind, hochkomplexe Antikollisionsstrategien in hochkomplexer Umgebung unter Nutzung des erfindungsgemäßen Gedankens bereitzustellen.
Die Möglichkeiten der Anwendungen der Erfindung sollen an Hand der und weiter verdeutlicht werden:
stellt eine Fertigungsstrecke dar, in der Roboter an verschiedenen Komponenten eines Produktes arbeiten. Prinzipiell besteht die Möglichkeit, dass die Roboterarme kollidieren und ihre Arme sich verhaken. Zum Schutz der Roboter vor Kollisionen sind an verschiedenen Stellen in der Anlage die schwarz gezeichneten Markierungen angebracht. In diesem Beispiel sind drei Basisstationen (75), (76) und (77) vorhanden, die unterschiedlich genutzt werden können, an die aber keine besonderen Anforderungen zu stellen sind. Vor allem müssen die in den Basisstationen vorhandenen Sender, verglichen mit RFID-Lesern, nur sehr wenig Energie aufbringen.
Die Konstruktionen der Markierungen und deren Arbeitsweisen in einer solchen Anordnung brauchen im Kontext hier nicht mehr dargestellt zu werden. Die drei aktiven Basiseinheiten (75) (76) und (77) können auf Grund ihrer Arbeitsfrequenzen keine Verbindung untereinander herstellen. Zur Vereinfachung soll in diesem Beispiel angenommen werden, dass

– die erste Basiseinheit (75) nur zwei erste (evtl. modulierte) Frequenzen f₁ und f'₁ aussendet, ohne empfangen zu können,
– die zweite Basiseinheit (77) nur zwei weitere erste (evtl. modulierte) Frequenzen f''₁ und f''₁ aussendet, ebenfalls ohne empfangen zu können und dass
– die dritte Basiseinheit (76) nur mehrere Frequenzen f₃ empfangen kann, ohne aber selbst senden zu können.

Zwei Lichtquellen (78) und (79) beleuchten zwei Raumbereiche und fluten (evtl. auch überlappend) diese Raumbereiche mit einem PWM-modulierten Signal. Das Licht der ersten Lampe (78) transportiert mit diesem PWM-Signal die Frequenzen f_a, 2f_a und 3f_a. Das Licht der zweiten Lampe (79) transportiert mit dem PWM-Signal die Frequenzen f_b, 2f_b und 3f_b.
Damit stehen im jeweiligen Raumbereich jeweils drei Signalfrequenzen als zweite Frequenz aus dem Lichtkanal und jeweils mindestens zwei Funkfrequenzen von einem Signal von einer der Basisstationen zur Verfügung. Es gibt somit (in erster Näherung) sechs unterschiedliche dritte Frequenzen, die sich aus den möglichen Überlagerungen mit geeigneten Resonatoren in den Markierungen nutzen lassen, wenn sie sich im entsprechenden Raumbereich befinden. Das optisch empfangene Signal wird dabei in diesen Markierungen nur als zweite Frequenz (als Ersatz für das Signal eines lokalen Oszillator) und zur Energieversorgung genutzt. Mindestens eines von diesen sechs Mischsignalen kann also in jedem der Transponder genutzt werden.
Im Beispiel der sind aber nur 5 Markierungen (80) (81) (82) (83) (87) im Raumbereich der ersten Lampe (78) und nur 4 Markierungen (88) (89) (93) (94) im Raumbereich der zweiten Lampe (79) vorhanden. Damit ist die widerspruchsfreie Aufteilung der aus einer Überlagerungstransponderfunktion abgeleiteten und zur Verfügung stehenden Komponenten auf die Markierungen nur noch eine Denksportaufgabe. Legt man die Markierungsauslegung unter der Bedingung einer Maximalausnutzung fest, dann lassen sich zu diesem Beispiel noch sehr viel mehr Markierungen bereitstellen.
Erwähnenswert ist noch, dass in diesem Beispiel aus den Signaleigenschaften der von der Basiseinheit empfangenen Signale genau unterschieden werden kann, wo eine Kollision stattgefunden hat. Auch längere Fertigungsstrecken können mit dieser einfachen Auslegung gesichert werden, weil die durch die Lichtflutung definierten Raumbereiche sich immer wieder periodisch wiederholen können, so dass die maximale Auslegung an Markierung im doppelten Sinne farbgestaltend auslegen lässt (rote Markierung für roten Bereich, grüne für den grünen Bereich, usw.).
Die Basiseinheiten können außerhalb (aber in der Nähe) der Fertigungsstrecke positioniert sein oder auch innerhalb der jeweiligen Robotersteuerung, z. B. in den Basisblöcken mit denen die Roboter befestigt sind. Strahlt z. B. der Basisblock (85) eines ersten Roboters (mittels geeigneter Sender über Licht, Schall (US), magnetische oder elektrische Felder, usw.) ein, evtl. nur ihm zugeordnetes Signal ab, dann kann damit sichergestellt werden, dass alle seine Markierungen sein „richtiges” Signal empfangen werden. Ein zweiter Roboter in der Nähe kann in seiner Befestigungsbasis (91) ein anderes, „sein eigenes Signal” generieren. Jeder Roboter markiert auf diese Weise gewissermaßen sein Umfeld, so wie ein Vogel sein jeweiliges Revier mit Zwitscherlauten markiert. Diese „Reviersignale” können auch statt der Bereichssignale der Lampen (78), (79) im gleichen Sinne eingesetzt werden.
Dieses Beispiel einer Fertigungsstrecke zeigt unter anderem auch, wie z. B. eine frei definierte Grenze im Raum durch einen Lichtvorhang realisiert werden kann, z. B. um sicherzustellen, dass bestimmte Gegenstände nicht über bestimmte Grenzlinien transportiert werden. Ein dazu aufzubauender Lichtvorhang kann z. B. unter Nutzung einer rings um einen Durchgang herum angeordneten Leuchtanlage, die in den Durchgang hinein Licht abgestrahlt, realisiert werden. Das Licht wird wieder als PWM-Signal abgestrahlt und enthält drei Frequenzkomponenten, für die geeignete passive Markierungen ausgelegt werden können.
Zwei Basisstationen können im Freien oder im Durchgang angeordnet werden; evtl. kann eine Basisstation vor und eine hinter der durch den Lichtvorhang definierten Grenze angeordnet werden. Die Basiseinheiten können z. B. auf den Frequenzen f₁ bzw. f₂ senden und auf der Frequenz f₃ empfangen und so diskriminieren, auf welcher Seite der Grenze sich der jeweilige Gegenstand befindet.
Das letzte Beispiel stellte ein makroskopisch geprägtes Beispiel dar; als abschließendes Beispiel soll deshalb noch eine mikroskopisch geprägte Anwendung der Erfindung anhand der dargestellt werden.
In diesem Beispiel soll eine Mikrokoptisch-Steuerung angenommen werden, die in die Lage versetzt werden soll, eine bestimmte Position anzufahren. Dazu muss der Mikroskoptisch, der für eine Bestückung mit einem Präparat zunächst vom Nutzer freihändig herausgefahren worden ist, zuerst eine Anschlagposition anfahren und dann eine definierte Strecke verfahren werden. Das Erkennen einer solchen Anschlagsposition soll ohne wirkliches Anschlagen am Anschlag erkannt werden.
Da keine kompakte Mechanik aufgebaut oder verändert werden kann, wird das oben dargestellte Konzept der Näherungserkennung angewendet, bei der zwei Markierungen – in diesem Fall von mikroskopischer Größe – genutzt werden.
Die Basiseinheiten (106) (107) brauchen bei diesem Beispiel wieder nur in der Nähe zu liegen und brauchen auch nicht unbedingt so klein ausgelegt zu werden, wie die Markierung selbst. Einseitig oder auch beidseitig der beweglichen mechanischen Komponenten (100) (101) liegen – bis auf die eine Komponente, die hier in der dargestellt werden soll – alle für eine Vermittlungsfunktion sonst noch benötigten Komponenten. Diese hier nicht dargestellten Komponenten könnten z. B. an der Tischkomponenten (100) dauerhaft angebracht sein.
Auf den beiden relativ zueinander beweglichen Tischkomponenten (100) und (101) können, z. B. durch Aufdruck oder durch Bedampfung, jeweils Resonatoren (102) (103), also eine Spule und eine Kapazität vorhanden sein. Die Träger dieser Markierungen können aber auch z. B. die Objektträger selbst sein und z. B. eine auf dem Mikroskop-Tisch angebrachte Positionsmarke.
Die Basiseinheiten (und die hier nicht dargestellten, fehlenden Komponenten) können als relativ kleine, kompakte Einheiten, z. B. von der Größe einer Schraube, oder als spezielle Anschlagsmarken in eine solche Anwendung eingebracht werden.
Eine Verbindung zwischen einer sendenden Basiseinheit (106) und einer empfangenden Basiseinheit (107) würde also irgendwann entstehen, wenn die Tischkomponenten sich sehr dicht aneinander annähern. Hier übernehmen u. U. nicht Induktivitäten die Kopplung, sondern parasitäre Kapazitäten (104) die Kopplung zwischen den aufgedruckten Resonatoren.
Wie man so sehen kann. besteht eine Vielzahl an Möglichkeiten zur Ausgestaltung und zur Anwendung der Erfindung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69501292 [0007]
DE 19742686 [0008]
DE 102007056928 [0026, 0029]

Claims

Verfahren zur Kollisionsvermeidung bei mechanisch beweglichen Systemen, bei denen an kollisionsgefährdeten Stellen Markierungen vorgesehen sind, deren Annäherung aneinander erkannt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass dazu Markierungen verwendet werden, die noch keine vollständige Transponderfunktion bereitstellen, die aber in Verbindung mit mindestens einer zweiten Markierung vollständige Transponderfunktionen bereitstellen können, was bei einer Annäherung aneinander als eine dann vervollständigte Transponderfunktion erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vollständige oder vervollständigte Transponderfunktion durch eine Verbindung zwischen einer sendenden und einer empfangenden Einheit erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Aufbau einer Markierung genutzten Komponenten bzw. die in eine Markierung eingebetteten Komponenten wie Resonatoren, Nichtlinearitäten, Licht- oder Schallempfänger bestehen, wobei diese Markierungen – mehr zusätzliche Resonatoren oder zusätzliche Komponenten enthalten, als zur Ausbildung eines Überlagerungstransponders notwendig ist, – mehr zusätzliche Resonatoren oder zusätzliche Komponenten enthalten, als für nur eine einzige Funktion notwendig ist, – mehr zusätzliche Resonatoren oder zusätzliche Komponenten enthalten, als für Frequenzen einer Überlagerungstransponderfunktionen notwendig ist, – mehr zusätzliche Resonatoren oder zusätzliche Komponenten enthalten, als für eine Anwendung notwendig ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nutzung von mehreren Basiseinheiten möglich ist, wobei – eine einzelne Basiseinheit für mehr als eine Sendefrequenz und für mehr als eine Empfangsfrequenz ausgelegt werden kann, – die Basiseinheiten für paarweise unterschiedliche Sendefrequenzen und für unterschiedliche Empfangsfrequenzen ausgelegt werden können, – zu je zwei Basiseinheiten auch Transponderfunktionen definiert werden können, deren Komponenten die Menge der Komponenten für die Ausprägung von Markierungen definieren.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass von den Basiseinheiten für die Aussendung eines Signals einer beliebigen Frequenz – elektromagnetische Felder und/oder – Licht und/oder – Schall und/oder – andere Übertragungswege (drahtgebunden, drahtlos, magnetisch, elektrisch, usw.) oder – in beliebiger Kombinationen davon genutzt werden, wobei das Signal des Trägers direkt oder ein auf dem Träger aufmoduliertes Signal genutzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen zum Empfang von Signalen definierter Frequenz ausgelegt sind, wobei diese Signale durch – elektromagnetische Felder und/oder – Licht und/oder – Schall und/oder – andere Übertragungswege (drahtgebunden, drahtlos, magnetisch, elektrisch, usw.) oder – beliebiger Kombinationen davon von Basiseinheiten zur Übertragung ausgesendet werden.
Markierung, die an Stellen in Systemen, die möglicherweise kollisionsgefährdet sind und/oder vor einer Kollision zu schützen sind, zur Kennzeichnung angebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass diese Markierungen Transponderkomponenten enthalten, aber damit noch keine vollständigen Transponder ausbilden, die sich aber durch die Komponenten einer zweiten Markierung, die ebenfalls nur einen ausgewählten eingeschränkten Komponentensatz enthält, zu einer vollständigen Transponderfunktion ergänzt.
Markierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten, aus denen eine Markierung besteht, aus Resonatoren, Nichtlinearitäten, Licht- und/oder Schallempfänger sind, die auch Teil einer vollständigen Transponderfunktion sein können, wobei in diesen Markierungen – mehr oder zusätzliche Resonatoren oder Komponenten vorliegen, als das für einzelne Überlagerungstransponderfunktionen notwendig wäre, – mehr oder zusätzliche Resonatoren oder Komponenten vorliegen und diese für mehr als nur eine einzige Funktion und für mehrere Frequenzbereiche ausgelegt sind, – mehr oder zusätzliche Resonatoren oder Komponenten vorliegen, die sich auf unterschiedliche Überlagerungstransponderfunktionen beziehen und – mehr oder zusätzliche Resonatoren oder andere Komponenten enthalten sind, die für unterscheidbare Anwendungen zusammengestellt sind.
Markierung nach Anspruch 7 und 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen Empfangseinrichtungen aufweisen, die zum Empfang von Signalen definerter Frequenz ausgelegt sind, wobei diese Signale durch – elektromagnetische Felder und/oder – Licht und/oder – Schall und/oder – andere Übertragungswege (drahtgebunden, drahtlos, magnetisch, elektrisch, usw.) oder – beliebiger Kombinationen davon von Basieinheiten zur Übertragung ausgesendet werden.