DE102018220839A1

DE102018220839A1 - Messverfahren und Messeinrichtung

Info

Publication number: DE102018220839A1
Application number: DE102018220839.5A
Authority: DE
Inventors: Jan Hegner; Oliver Freudenberg; Torsten Olbrecht; Hilmar Hofmann
Original assignee: Pepperl and Fuchs SE
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2038-12-04
Also published as: DE102018220839B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Messverfahren, bei dem zumindest ein Abtaststrahl mit einer vorgegebenen Senderichtung (R0, R1, R2, R3, R4) in einen Messbereichsabschnitt eines Messbereichs (MB) einer Messeinrichtung (10) gestrahlt wird, reflektierte und/oder gestreute Strahlung unter Bildung eines Empfangssignals (E) empfangen wird und das Empfangssignal (E) ausgewertet wird.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei jedem Messschritt oder bei zumindest einer Teilmessung eines jeden Messschritts eine Vielzahl an Abtaststrahlen mit unterschiedlichen Senderichtungen (R0, R1, R2, R4) nacheinander, zeitlich überlappend oder gleichzeitig in den Messbereich (MB) gestrahlt wird, wobei die Abtaststrahlen eine Strahlungsfläche definieren, bei der Flächenabschnitte, die gemäß zumindest einem vorgegebenen Richtungsdatensatz (RDS) zu nicht störungsverursachenden Senderichtungen (R0, R1, R2, R4) gehören, bestrahlt werden, und Flächenabschnitte, die gemäß dem zumindest einen Richtungsdatensatz (RDS) zu störungsverursachenden Senderichtungen (R3) gehören, unbestrahlt bleiben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Messverfahren, bei dem zumindest ein Abtaststrahl mit einer vorgegebenen Senderichtung in einen Messbereichsabschnitt eines Messbereichs einer Messeinrichtung gestrahlt wird, reflektierte und/oder gestreute Strahlung unter Bildung eines Empfangssignals empfangen wird und das Empfangssignal ausgewertet wird.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift 1 832 866 B1 bekannt. Die Schrift beschreibt eine Türsensoreinrichtung mit einer Scanvorrichtung, die eine rotierende Umlenkspiegeleinrichtung umfasst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messverfahren anzugeben, bei dem ein störender Einfluss von etwaigen Reflexionen reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei jedem Messschritt oder bei zumindest einer Teilmessung eines jeden Messschritts eine Vielzahl an Abtaststrahlen mit unterschiedlichen Senderichtungen nacheinander, zeitlich überlappend oder gleichzeitig in den Messbereich gestrahlt wird, wobei die Abtaststrahlen eine Strahlungsfläche definieren, bei der Flächenabschnitte, die gemäß zumindest einem vorgegebenen Richtungsdatensatz zu nicht störungsverursachenden Senderichtungen gehören, bestrahlt werden, und Flächenabschnitte, die gemäß dem zumindest einen Richtungsdatensatz zu störungsverursachenden Senderichtungen gehören, unbestrahlt bleiben.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass Störsignale, die bei störungsverursachenden Senderichtungen von den Abtaststrahlen selbst verursacht werden würden, vermieden oder reduziert werden können. Ein kompliziertes nachträgliches Filtern oder Herausrechnen derartiger Störsignale aus dem Empfangssignal lässt sich somit in vorteilhafter Weise vermeiden oder reduzieren.
Vorteilhaft ist es, wenn alle Abtaststrahlen oder zumindest eine Gruppe der Abtaststrahlen gleichzeitig erzeugt werden und die von den Abtaststrahlen oder der Gruppe an Abtaststrahlen bestrahlten Flächenabschnitte eine flächig konturierte Projektionsfläche bilden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass alle Abtaststrahlen oder zumindest eine Gruppe an Abtaststrahlen nacheinander erzeugt werden und für die nacheinander erzeugten Abtaststrahlen die Auswertung des Empfangssignals Senderichtung für Senderichtung erfolgt.
Der Richtungsdatensatz wird vorzugsweise einmalig in einem Vorprüfschritt, während eines Messschritts oder wiederholt zwischen aufeinander folgenden Messschritten erzeugt, indem der Messbereich nacheinander Senderichtung für Senderichtung jeweils mit einem Abtaststrahl abgetastet wird, das Empfangssignal für jede Senderichtung jeweils auf seine Störungsverursachung geprüft wird und das Prüfergebnis in Form einer Störungsverursachungsangabe im Richtungsdatensatz abgespeichert wird.
Bei der letztgenannten Variante ist es vorteilhaft, wenn für jeden Abtaststrahl jeweils anhand der Strahlungsverteilung auf der Empfangseinrichtung und/oder der Einfallrichtung der Strahlung auf der Empfangseinrichtung geprüft wird, ob die Empfangseinrichtung über ein vorgegebenes Maß hinaus Störstrahlung empfängt, die von außerhalb der jeweils bestrahlten Senderichtung befindlichen Objekten erzeugt, reflektiert oder gestreut wird, und im Falle eines Überschreitens des vorgegebenen Maßes die jeweilige Senderichtung als störungsverursachende Senderichtung und andernfalls als nicht störungsverursachende Senderichtung angesehen wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Messverfahrens ist vorgesehen, dass bei jedem Messschritt zumindest zwei überlappungsfreie Teilmessungen nacheinander durchgeführt werden, bei denen jeweils ein Teilsegment des Messbereichs bestrahlt wird, wobei bei jeder Teilmessung jeweils Abtaststrahlen in Senderichtungen gemäß einem teilsegmenteigenen Richtungsdatensatz ausgestrahlt werden, jedem Teilsegment jeweils ein teilsegmenteigener Empfangskartensatz zugeordnet ist, der einen auswertbaren Teilempfangsbereich der Empfangseinrichtung definiert, für den die Senderichtungen des jeweiligen teilsegmenteigenen Richtungsdatensatzes nicht störungsverursachend sind, und das Auswerten des Empfangssignals bei jeder Teilmessung auf den jeweiligen auswertbaren Teilempfangsbereich der Empfangseinrichtung beschränkt wird.
Bei mindestens einer der Teilmessungen ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine Vielzahl an Abtaststrahlen mit unterschiedlichen Senderichtungen nacheinander, zeitlich überlappend oder gleichzeitig in den Messbereich gestrahlt wird, wobei die Abtaststrahlen eine Strahlungsfläche definieren, bei der alle Flächenabschnitte, die gemäß dem zugeordneten teilsegmenteigenen Richtungsdatensatz zu nicht störungsverursachenden Senderichtungen gehören, bestrahlt werden, und alle Flächenabschnitte, die gemäß Richtungsdatensatz zu störungsverursachenden Senderichtungen gehören, unbestrahlt bleiben. Bei dieser letztgenannten Teilmessung kann der gesamte auswertbare Teilempfangsbereich der Empfangseinrichtung ausgewertet werden, da keine Störungen durch störungsverursachende Senderichtungen auftreten können. Der teilsegmenteigene Empfangskartensatz kann somit für diese Teilmessung als auswertbaren Teilempfangsbereich den gesamten Empfangsbereich der Empfangseinrichtung definieren. Vorzugsweise erfolgt bei der letztgenannten Teilmessung das Abstrahlen der Abtaststrahlen in den nicht störungsverursachenden Senderichtungen gleichzeitig.
Vorteilhaft ist es, wenn zur Erzeugung der teilsegmenteigenen Empfangskartensätze für jeden Abtaststrahl des jeweiligen Teilsegments jeweils anhand der Strahlungsverteilung auf der Empfangseinrichtung und/oder der Einfallrichtung der Strahlung auf der Empfangseinrichtung geprüft wird, ob zumindest ein Abschnitt der Empfangseinrichtung über ein vorgegebenes Maß hinaus Störstrahlung empfängt, die von außerhalb der jeweils bestrahlten Richtung befindlichen Objekten erzeugt, reflektiert oder gestreut wird, und im Falle eines Überschreitens des vorgegebenen Maßes der oder die gestörten Abschnitte der Empfangseinrichtung im teilsegmenteigenen Empfangskartensatz als nicht auswertbar markiert werden.
Der Richtungsdatensatz wird vorzugsweise in Abhängigkeit von Bewegungsdaten, die eine translatorische und/oder rotatorische Bewegung der Messeinrichtung oder Teilen der Messeinrichtung, insbesondere einer die Abtaststrahlen erzeugenden Sendeeinrichtung und/oder einer das Empfangssignal bildenden Empfangseinrichtung, beschreiben, rechnerisch nachgeführt.
In dem Richtungsdatensatz werden Senderichtungen, für die die Abtaststrahlen der Messeinrichtung bezüglich anderer Einrichtungen störend wären, vorzugsweise ebenfalls als störungsverursachend markiert.
Das Messverfahren kann in vorteilhafter Weise bei Überwachungseinrichtungen oder Steuereinrichtungen, insbesondere Türsteuereinrichtungen oder Fahrzeugsteuereinrichtungen für selbstfahrende Fahrzeuge, oder der Automatisierungstechnik eingesetzt werden. Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn für nicht störungsverursachende Senderichtungen anhand des Empfangssignals geprüft wird, ob sich Objekte in dem jeweils zugeordneten Messbereichsabschnitt befinden, und/oder die Entfernung zu Objekten gemessen wird und/oder Objekte identifiziert werden und/oder eine Positions- und/oder Orientierungsbestimmung durchgeführt wird. Beispielsweise kann in der Automatisierungstechnik nach einem Identifizieren eines Objekts dessen Position und Orientierung bestimmt werden und nachfolgend ein Roboter zum Greifen und/oder Bearbeiten des Objekts angesteuert werden.
Die Empfangseinrichtung ist vorzugsweise eine derart großflächige Empfangseinrichtung, dass sie aus dem gesamten von der Sendeeinrichtung bestrahlbaren Messbereich kommende Strahlung gleichzeitig empfangen kann.
Die Abtaststrahlen können - je nach der Ausrichtung der störungsverursachenden Senderichtungen - beispielsweise eine aussparungsbehaftete Strahlungsfläche bilden, bei der zumindest ein innenliegender Flächenabschnitt unbestrahlt bleibt.
Mit Blick auf ein gleichzeitiges Abstrahlen von Abtaststrahlen in die nicht störungsverursachenden Senderichtungen wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Sendeeinrichtung eine Mikrospiegeleinrichtung umfasst, die eine Vielzahl an individuell verstellbaren Spiegeln aufweist, wobei jedem Spiegel jeweils eine Senderichtung zugeordnet ist und jeder der Spiegel in seiner aktiven Spiegelstellung jeweils auftreffende Strahlung in seiner ihm zugeordneten Senderichtung in den Messbereich lenkt, um diesen zu bestrahlen, und in seiner inaktiven Spiegelstellung die auftreffende Strahlung aus dem Messbereich herauslenkt, um diesen unbestrahlt zu lassen, und/oder absorbiert.
Benachbarte Abtaststrahlen können sich strahlkeulenmäßig berühren oder überlappen oder strahlkeulenmäßig räumlich voneinander getrennt sein.
Vorteilhaft ist es, wenn die Empfangseinrichtung eine zweidimensional arbeitende Kamera, eine dreidimensional arbeitende Kamera, ein zwei- oder dreidimensional arbeitender Scanner oder eine Lichtlaufzeitentfernungsmesseinrichtung ist oder eine solche umfasst.
Die Abtaststrahlen können auf einer geraden oder ungeraden Linie liegen; in diesem Falle kann die Senderichtung im Richtungsdatensatz durch eine Winkelangabe beschrieben werden.
Alternativ können die Abtaststrahlen eine zweidimensionale Strahlungsfläche aufspannen; in diesem Falle kann die Senderichtung im Richtungsdatensatz durch zwei Winkelangaben beschrieben werden.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Messeinrichtung mit einer Sendeeinrichtung zum Abstrahlen zumindest eines Abtaststrahls in einer vorgegebenen Senderichtung in einen Messbereichsabschnitt eines Messbereichs der Messeinrichtung, einer Empfangseinrichtung zum Empfangen reflektierter und/oder gestreuter Strahlung unter Bildung eines Empfangssignals und einer Auswerteinrichtung zum Auswerten des Empfangssignals.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung geeignet ist, eine Vielzahl an Abtaststrahlen mit unterschiedlichen Senderichtungen nacheinander, zeitlich überlappend oder gleichzeitig in den Messbereich zu strahlen, wobei die Abtaststrahlen eine Strahlungsfläche definieren, bei der Flächenabschnitte, die gemäß einem vorgegebenen Richtungsdatensatz zu nicht störungsverursachenden Senderichtungen gehören, bestrahlt werden, und Flächenabschnitte, die gemäß dem Richtungsdatensatz zu störungsverursachenden Senderichtungen gehören, unbestrahlt bleiben.
Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Messeinrichtung sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft

1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Messeinrichtung, anhand derer beispielhaft ein erstes und ein zweites Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Messverfahren erläutert werden,
2-6 verschiedene Betriebszustände der Messeinrichtung gemäß 1 bei dem ersten Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Messverfahren,
7 einen Betriebszustand der Messeinrichtung gemäß 1 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Messverfahren und
8 ein Ausführungsbeispiel für eine Sendeeinrichtung, die bei der Messeinrichtung gemäß 1 eingesetzt werden kann.

In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt eine Messeinrichtung 10, die eine Sendeeinrichtung 11, eine Empfangseinrichtung 12, eine Auswerteinrichtung 13 und eine Abbildungseinrichtung 14 umfasst. Die Abbildungseinrichtung 14 bildet die auf die Messeinrichtung 10 fallende Strahlung auf der Empfangseinrichtung 12 ab.
Die Auswerteinrichtung 13 weist eine Recheneinrichtung 131 auf, die zum Ansteuern der Sendeeinrichtung 11 mittels eines Steuersignals ST sowie zum Auswerten eines Empfangssignals E der Empfangseinrichtung 12 dient. Die Ansteuerung der Sendeeinrichtung 11 mittels des Steuersignals ST erfolgt unter Berücksichtigung eines Richtungsdatensatzes RDS, der in einem Speicher 132 der Auswerteinrichtung 13 abgespeichert ist. In dem Speicher 132 ist darüber hinaus ein Steuerprogrammmodul SPM abgespeichert, das bei Ausführung durch die Recheneinrichtung 131 die Arbeitsweise der Auswerteinrichtung 13 festlegt.
Die Sendeeinrichtung 11 ist geeignet, eine Vielzahl an Abtaststrahlen mit unterschiedlichen Senderichtungen nacheinander, zeitlich überlappend oder gleichzeitig in einen Messbereich MB der Messeinrichtung 10 zu strahlen. Die Abtaststrahlen definieren dabei eine Strahlungsfläche, bei der Flächenabschnitte, die gemäß dem in dem Speicher 132 abgespeicherten Richtungsdatensatz RDS zu nicht störungsverursachenden Senderichtungen gehören, bestrahlt werden und Flächenabschnitte, die gemäß dem Richtungsdatensatz RDS zu störungsverursachenden Senderichtungen gehören, unbestrahlt bleiben.
In der 1 sind beispielhaft fünf Abtaststrahlen dargestellt, deren Senderichtungen mit dem Bezugszeichen R0, R1, R2, R3 und R4 gekennzeichnet sind. Die Senderichtung R3 ist in einem Vorprüfschritt, der nachfolgend beispielhaft noch näher erläutert wird, als störungsverursachend identifiziert und in dem Richtungsdatensatz RDS als solche markiert worden.
Die Messeinrichtung 10 gemäß 1 wird gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Messverfahren beispielsweise wie folgt betrieben:

Zum Erzeugen des Richtungsdatensatzes RDS wird zunächst ein Vorprüfschritt durchgeführt. Im Rahmen des Vorprüfschritts wird zunächst geprüft, welche Senderichtungen störungsverursachend sind und welche nicht. Um dies zu erfassen, wird im Rahmen des Vorprüfschritts der Messbereich MB nacheinander Senderichtung für Senderichtung mit einem Abtaststrahl abgetastet. Das entsprechende Empfangssignal E, das jeweils für jede Senderichtung von der Empfangseinrichtung 12 empfangen wird, wird von der Recheneinrichtung 131 auf ein Vorliegen einer Störungsverursachung hin überprüft und das Prüfergebnis wird in Form einer Störungsverursachungsangabe im Richtungsdatensatz RDS abgespeichert.

Die 2 zeigt die Messeinrichtung 10 beim Vorprüfschritt während der Erzeugung eines Abtaststrahls in der Senderichtung R0. Da sich in der Senderichtung R0 kein Objekt befindet und somit keine Strahlung reflektiert oder gestreut wird, wird die Empfangseinrichtung 12 ein Empfangssignal E ausgeben, das keinen Empfang anzeigt. Die Recheneinrichtung 131 kann daraus schließen, dass die Senderichtung R0 der Sendeeinrichtung 11 unproblematisch bzw. nicht störungsverursachend ist und für nachfolgende Objektmessungsschritte herangezogen werden kann.
Die 3 zeigt die Messeinrichtung 10, nachdem der Abtaststrahl entlang der Pfeilrichtung P geschwenkt worden ist und nun die Senderichtung R1 einnimmt. Bei der Senderichtung R1 trifft der Abtaststrahl auf ein erstes Objekt 20, das Strahlung reflektiert und/oder streut und zu einem Strahlungsempfang an eine Empfangsstelle E20 der Empfangseinrichtung 12 führt. Der Empfang an der Empfangsstelle E20 wird mittels des Empfangssignals E an die Recheneinrichtung 131 übermittelt. Da die Empfangsstelle E20 richtungsmäßig der Senderichtung R1 des Abtaststrahls entspricht - also die Empfangsstelle E20 auf der Empfangseinrichtung 12 richtig positioniert ist - wird die Senderichtung R1 ebenfalls als für nachfolgende Messungen geeignet angesehen bzw. als nicht störungsverursachend im Richtungsdatensatz RDS erfasst.
Die 4 zeigt die Messeinrichtung 10, nachdem der Abtaststrahl weiter in Pfeilrichtung P verschwenkt worden ist und die Senderichtung R2 einnimmt. Bei der Senderichtung R2 wird ein zweites Objekt 30 detektiert, das Strahlung reflektiert und/oder streut und zu einem Empfang an einer Empfangsstelle E30 der Empfangseinrichtung 12 führt. Da die Empfangsstelle E30 zur Senderichtung R2 passt und somit dem zweiten Objekt 30 zuzuordnen ist, wird die Recheneinrichtung 131 die Senderichtung R2 ebenfalls als geeignet bzw. nicht störungsverursachend im Richtungsdatensatz RDS markieren.
Die 5 zeigt die Messeinrichtung 10 gemäß 1, nachdem der Abtaststrahl in die Senderichtung R3 geschwenkt worden ist. Bei der Senderichtung R3 trifft der Abtaststrahl auf ein drittes Objekt 40, das die Strahlung in Richtung auf das zweite Objekt 30 reflektiert, wodurch es zu einem Strahlungsempfang an einer Empfangsstelle Est auf der Empfangseinrichtung 12 kommt.
Die Recheneinrichtung 131 erkennt, dass die Strahlung an der Empfangsstelle Est nicht zur Senderichtung R3 des Abtaststrahls passt. Die Recheneinrichtung 131 schließt daraus, dass die Senderichtung R3 eine störungsverursachende Senderichtung ist, die im Richtungsdatensatz RDS als solche zu markieren ist.
Die 6 zeigt die Messeinrichtung 10, nachdem der Abtaststrahl entlang der Pfeilrichtung P weiter geschwenkt worden ist und nun die Senderichtung R4 einnimmt. Da sich in der Senderichtung R4 kein Objekt befindet und somit keine Strahlung reflektiert oder gestreut wird, wird die Empfangseinrichtung 12 ein Empfangssignal E ausgeben, das keinen Empfang anzeigt. Die Recheneinrichtung 131 kann daraus schließen, dass die Senderichtung R4 der Sendeeinrichtung 11 unproblematisch bzw. nicht störungsverursachend ist und für nachfolgende Objektmessungsschritte herangezogen werden kann.
Nach Abschluss des Vorprüfschritts wird die Messeinrichtung 10 auf der Basis des erstellten Richtungsdatensatzes RDS beispielsweise zu dem Zweck bzw. mit dem Ziel betrieben, Objekte in dem Messbereich MB zu detektieren und/oder die Entfernung zu Objekten im Messbereich zu messen. Die Objekterkennung und/oder Entfernungsmessung kann in vorteilhafter Weise auf solche Objekte beschränkt oder konzentriert werden, die nach Abschluss des Vorprüfschritts neu im Messbereich erkannt werden. Die letztgenannte Variante ist insbesondere von Vorteil, wenn das Messverfahren eingesetzt wird, um nach Abschluss des Vorprüfschritts, bei dem der Messbereich erstmalig auf das Vorhandensein feststehender Objekte (wie zum Möbelstücke etc.) gescannt worden ist, für den Messbereich MB eine Raumüberwachung durchzuführen.
Nach Abschluss des Vorprüfschritts wird die Messeinrichtung 10 auf der Basis des erstellten Richtungsdatensatzes RDS bei jedem Messschritt vorzugsweise wie folgt betrieben:

Die Recheneinrichtung 131 steuert auf der Basis des Richtungsdatensatzes RDS, in dem bei dem Ausführungsbeispiel die Senderichtung R3 als störungsverursachend markiert ist, die Sendeeinrichtung 11 derart an, dass die Sendeeinrichtung 11 gleichzeitig Abtaststrahlen in alle nicht störungsverursachenden Senderichtungen, hier also u. a. die Senderichtungen R0, R1, R2 und R4, sendet, wohingegen die im Richtungsdatensatz RDS als störungsverursachend markierte Senderichtung R3 nicht aktiviert wird und somit der zu der Senderichtung R3 gehörende Flächenabschnitt des Messbereichs MB unbestrahlt bleibt.

Durch die entsprechende Ansteuerung der Sendeeinrichtung 11 wird durch die Abtaststrahlen eine flächig konturierte Projektionsfläche gebildet, bei der Flächenabschnitte, die zu nicht störungsverursachenden Senderichtungen (wie z. B. R0, R1, R2 und R4) gehören, bestrahlt werden und Flächenabschnitte, die zu störungsverursachenden Senderichtungen (wie z. B. R3) gehören, unbestrahlt bleiben.
Mit anderen Worten wird der Messbereich MB somit nicht ganzflächig bestrahlt, sondern nur abschnittsweise unter Auslassung jener Senderichtungen, die störungsverursachend sind. Im Rahmen der Messung können im Messbereich MB befindliche Objekte erkannt werden und es kann die jeweilige Entfernung zu erkannten Objekten gemessen werden. Eine Entfernungsmessung kann beispielsweise auf der Messung der Zeitdauern basieren, die jeweils zwischen dem Wegsenden von Strahlungspulsen durch die Sendeeinrichtung 11 und dem Strahlungsempfang der reflektierten und/oder zurückgestreuten Strahlungspulse durch die Empfangseinrichtung 12 vergeht (sogenanntes Laufzeitmessverfahren bzw. Time-Of-Flight-Messverfahren).
Die 7 zeigt die Messeinrichtung 10 gemäß 1 für den Fall, dass beim Vorprüfschritt in der Senderichtung R3 nicht nur an der Empfangsstelle Est auf der Empfangseinrichtung 12 Störstrahlung empfangen wird, sondern darüber hinaus auch an der Empfangsstelle E40, die richtungsmäßig zur Senderichtung R3 passt und insofern eine messtechnische Erfassung des dritten Objekts 40 im Messbereich MB sowie eine nachfolgende Messung in der Senderichtung R3 ermöglichen würde.
Aus diesem Grunde ist gemäß einem zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Messverfahren vorgesehen, nach Abschluss des Vorprüfschritts jeden Messschritt der Messeinrichtung 10 zur Erfassung und/oder Entfernungsmessung von Objekten im Messbereich MB im Rahmen von zwei oder mehr Teilmessungen durchzuführen, die überlappungsfrei durchgeführt werden, und bei denen jeweils ein Teilsegment des Messbereichs MB bestrahlt wird. Beispielsweise kann im Rahmen einer ersten Teilmessung der Messbereich MB gleichzeitig mit allen nicht störungsverursachenden Abtaststrahlen, also z. B. in den Senderichtungen R0, R1, R2 und R4, bestrahlt werden, wobei die Senderichtungen (siehe R3), die im Vorprüfschritt als störungsverursachend identifiziert wurden, unbestrahlt bleiben; die erste Teilmessung kann also in derselben Art und Weise durchgeführt werden, wie dies oben im Einzelnen im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Messverfahren erläutert worden ist.
In einer nachfolgenden Teilmessung kann dann beispielsweise eine gezielte Objektmessung in der Senderichtung R3 erfolgen, indem ein Abtaststrahl in der Senderichtung R3 abgestrahlt wird. Der Abtaststrahl führt zu einem Empfang von Strahlung sowohl an der Empfangsstelle Est als auch an der richtungsmäßig zu der Senderichtung R3 des Abtaststrahls passenden Empfangsstelle E40.
Die Recheneinrichtung 131 wird bei der Auswertung des Empfangssignals E vorzugsweise nur einen auswertbaren Teilempfangsbereich, der in der 7 mit dem Bezugszeichen TEB, gekennzeichnet ist, auswerten und den übrigen Empfangsbereich der Empfangseinrichtung 12 ignorieren. Der Teilempfangsbereich TEB ergibt sich durch die Senderichtung R3 und ist derart angeordnet und bemessen, dass Strahlung, deren Empfangsrichtung richtungsmäßig mit der Senderichtung R3 des Abtaststrahls korrespondiert, insbesondere invers bzw. umgekehrt zur Senderichtung R3 ist, auf eben diesen Teilempfangsbereich TEB trifft.
Durch diese Vorgehensweise kann die Recheneinrichtung 131 ausschließlich die an der Empfangsstelle E40 auftreffende Strahlung auswerten, die auf das dritte Objekt 40 zurückzuführen ist. Anhand der auf der Empfangsstelle E40 auftreffenden Strahlung kann nun beispielsweise eine Objekterkennung und/oder Entfernungsmessung bezüglich des Objekts 40 sowie später etwaig anderer Objekte, die sich zwischen dem dritten Objekt 40 und der Messeinrichtung 10 befinden, durchgeführt werden.
Mit anderen Worten wird bei der zweiten Teilmessung also eine Auswertung des Empfangssignals E unter Heranziehung eines bezogen auf den Messbereich MB teilsegmenteigenen Empfangskartensatzes durchgeführt, der einen auswertbaren Teilempfangsbereich TEB auf der Empfangseinrichtung 12 definiert und somit eine Teilauswertung des Empfangssignals E ermöglicht.
Durch die Durchführung der zweiten Teilmessung bzw. weiterer Teilmessungen für solche Senderichtungen, die beim Vorprüfschritt als störungsverursachend erkannt worden sind, ist also eine Berücksichtigung auch störungsverursachender Senderichtungen möglich.
Für jede der störungsverursachenden Senderichtungen kann jeweils eine eigene Teilmessung durchgeführt werden, Alternativ können Abtaststrahlen und damit Teilmessungen für störungsverursachende Senderichtungen auch gleichzeitig durchgeführt werden, wenn sich die auswertbaren Teilempfangsbereiche TEB dieser Sendeeinrichtungen nicht überlappen. Ein solches Zusammenfassen von Teilmessungen ist mit Blick auf geringe Messzeiten von Vorteil.
Die 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Sendeeinrichtung 11, die bei der Messeinrichtung 10 gemäß den 1 bis 7 eingesetzt werden kann. Die Sendeeinrichtung 11 umfasst eine Strahlungsquelle 111 und eine Mikrospiegeleinrichtung 112, die eine Vielzahl an individuell verstellbaren Spiegeln 112a aufweist. Jedem der Spiegel 112a ist jeweils eine Senderichtung zugeordnet. Bei dem in der 8 gezeigten Betriebszustand befinden sich die den Senderichtungen R0, R1, R2 und R4 zugeordneten Spiegel in einer aktiven Spiegelstellung, in der sie auftreffende Strahlung S der Strahlungsquelle 111 mit der zugeordneten Senderichtung R0, R1, R2 bzw. R4 in den Messbereich lenken, um diesen zu bestrahlen. Der der Senderichtung R3 zugeordnete Spiegel 112a befindet sich in einer inaktiven Spiegelstellung, in der er auftreffende Strahlung der Strahlungsquelle 111 absorbiert und/oder aus dem Messbereich herauslenkt, um den Messbereich in dieser Senderichtung R3 unbestrahlt zu lassen.
Die Sendeeinrichtung 11 ist aus Gründen der Übersicht als linienförmige Einrichtung dargestellt. Selbstverständlich können die Spiegel 112a der Mikrospiegeleinrichtung 112 auch zweidimensional angeordnet sein und ein Spiegelarray bilden, das eine zweidimensionale Abstrahlung von Abtaststrahlen und ein dreidimensionales Abtasten des Raums ermöglicht.
Werden die Messeinrichtung 10 oder Teile der Messeinrichtung, insbesondere die Sendeeinrichtung 11 und/oder die Empfangseinrichtung 12, während der Messschritte oder zwischen Messschritten bewegt, beispielsweise im Falle eines Einsatzes der Messeinrichtung bei Fahrzeugen oder Türen, so ist es vorteilhaft, wenn der Richtungsdatensatz RDS in Abhängigkeit von Bewegungsdaten, die die translatorische und/oder rotatorische Bewegung der Messeinrichtung 10 oder der bewegten Teile beschreiben, rechnerisch nachgeführt wird. Die rechnerische Nachführung erfolgt vorzugweise durch die Recheneinrichtung 131 der Auswerteinrichtung 13. Die Bewegungsdaten werden vorzugsweise von Bewegungssensoren erfasst, die mit der Recheneinrichtung 131 in Verbindung stehen und aus Gründen der Übersicht in den Figuren nicht näher gezeigt sind.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Messeinrichtung
11: Sendeeinrichtung
12: Empfangseinrichtung
13: Auswerteinrichtung
14: Abbildungseinrichtung
20: Objekt
30: Objekt
40: Objekt
111: Strahlungsquelle
112: Mikrospiegeleinrichtung
112a: Spiegel
131: Recheneinrichtung
132: Speicher
E: Empfangssignal
E20: Empfangsstelle
E30: Empfangsstelle
E40: Empfangsstelle
Est: Empfangsstelle
MB: Messbereich
P: Pfeilrichtung
RDS: Richtungsdatensatz
R0: Senderichtung
R1: Senderichtung
R2: Senderichtung
R3: Senderichtung
R4: Senderichtung
S: Strahlung
SPM: Steuerprogrammmodul
ST: Steuersignal
TEB: Teilempfangsbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1832866 B1 [0002]

Claims

Messverfahren, bei dem zumindest ein Abtaststrahl mit einer vorgegebenen Senderichtung (R0, R1, R2, R3, R4) in einen Messbereichsabschnitt eines Messbereichs (MB) einer Messeinrichtung (10) gestrahlt wird, reflektierte und/oder gestreute Strahlung unter Bildung eines Empfangssignals (E) empfangen wird und das Empfangssignal (E) ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Messschritt oder bei zumindest einer Teilmessung eines jeden Messschritts eine Vielzahl an Abtaststrahlen mit unterschiedlichen Senderichtungen (R0, R1, R2, R4) nacheinander, zeitlich überlappend oder gleichzeitig in den Messbereich (MB) gestrahlt wird, wobei die Abtaststrahlen eine Strahlungsfläche definieren, bei der Flächenabschnitte, die gemäß zumindest einem vorgegebenen Richtungsdatensatz (RDS) zu nicht störungsverursachenden Senderichtungen (R0, R1, R2, R4) gehören, bestrahlt werden, und Flächenabschnitte, die gemäß dem zumindest einen Richtungsdatensatz (RDS) zu störungsverursachenden Senderichtungen (R3) gehören, unbestrahlt bleiben.
Messverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Abtaststrahlen oder zumindest eine Gruppe der Abtaststrahlen gleichzeitig erzeugt werden und die von den Abtaststrahlen oder der Gruppe an Abtaststrahlen bestrahlten Flächenabschnitte eine flächig konturierte Projektionsfläche bilden.
Messverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Abtaststrahlen oder zumindest eine Gruppe an Abtaststrahlen nacheinander erzeugt werden und für die nacheinander erzeugten Abtaststrahlen die Auswertung des Empfangssignals (E) Senderichtung für Senderichtung erfolgt.
Messverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungsdatensatz (RDS) einmalig in einem Vorprüfschritt, während eines Messschritts oder wiederholt zwischen aufeinander folgenden Messschritten erzeugt wird, indem der Messbereich (MB) nacheinander Senderichtung (R0, R1, R2, R3, R4) für Senderichtung (R0, R1, R2, R3, R4) jeweils mit einem Abtaststrahl abgetastet wird, das Empfangssignal (E) für jede Senderichtung (R0, R1, R2, R3, R4) jeweils auf seine Störungsverursachung geprüft wird und das Prüfergebnis in Form einer Störungsverursachungsangabe im Richtungsdatensatz (RDS) abgespeichert wird.
Messverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass - für jeden Abtaststrahl jeweils anhand der Strahlungsverteilung auf der Empfangseinrichtung (12) und/oder der Einfallrichtung der Strahlung auf der Empfangseinrichtung (12) geprüft wird, ob die Empfangseinrichtung (12) über ein vorgegebenes Maß hinaus Störstrahlung empfängt, die von außerhalb der jeweils bestrahlten Senderichtung (R0, R1, R2, R3, R4) befindlichen Objekten erzeugt, reflektiert oder gestreut wird, und - im Falle eines Überschreitens des vorgegebenen Maßes die jeweilige Senderichtung als störungsverursachende Senderichtung (R3) und andernfalls als nicht störungsverursachende Senderichtung (R0, R1, R2, R4) angesehen wird.
Messverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Messschritt zumindest zwei überlappungsfreie Teilmessungen nacheinander durchgeführt werden, bei denen jeweils ein Teilsegment des Messbereichs (MB) bestrahlt wird, wobei - bei jeder Teilmessung jeweils Abtaststrahlen in Senderichtungen (R0, R1, R2, R4 bzw. R3) gemäß einem teilsegmenteigenen Richtungsdatensatz (RDS) ausgestrahlt werden, - jedem Teilsegment jeweils ein teilsegmenteigener Empfangskartensatz zugeordnet ist, der einen auswertbaren Teilempfangsbereich (TEB) der Empfangseinrichtung (12) definiert, für den die Senderichtungen (R0, R1, R2, R4 bzw. R3) des jeweiligen teilsegmenteigenen Richtungsdatensatzes (RDS) nicht störungsverursachend sind, und - das Auswerten des Empfangssignals (E) bei jeder Teilmessung auf den jeweiligen auswertbaren Teilempfangsbereich (TEB) der Empfangseinrichtung (12) beschränkt wird.
Messverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer der Teilmessungen vorgesehen ist, dass eine Vielzahl an Abtaststrahlen mit unterschiedlichen Senderichtungen (R0, R1, R2, R4) nacheinander, zeitlich überlappend oder gleichzeitig in den Messbereich (MB) gestrahlt wird, wobei die Abtaststrahlen eine Strahlungsfläche definieren, bei der alle diejenigen Flächenabschnitte, die zu nicht störungsverursachenden Senderichtungen (R0, R1, R2, R4) gehören, bestrahlt werden, und alle diejenigen Flächenabschnitte, die zu störungsverursachenden Senderichtungen (R3) gehören, unbestrahlt bleiben.
Messverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der teilsegmenteigenen Empfangskartensätze - für jeden Abtaststrahl des jeweiligen Teilsegments jeweils anhand der Strahlungsverteilung auf der Empfangseinrichtung (12) und/oder der Einfallrichtung der Strahlung auf der Empfangseinrichtung (12) geprüft wird, ob zumindest ein Abschnitt der Empfangseinrichtung (12) über ein vorgegebenes Maß hinaus Störstrahlung empfängt, die von außerhalb der jeweils bestrahlten Richtung befindlichen Objekten erzeugt, reflektiert oder gestreut wird, und - im Falle eines Überschreitens des vorgegebenen Maßes der oder die gestörten Abschnitte der Empfangseinrichtung (12) im teilsegmenteigenen Empfangskartensatz als nicht auswertbar markiert werden.
Messverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungsdatensatz (RDS) in Abhängigkeit von Bewegungsdaten, die eine translatorische und/oder rotatorische Bewegung der Messeinrichtung (10) oder Teilen der Messeinrichtung (10), insbesondere einer die Abtaststrahlen erzeugenden Sendeeinrichtung (11) und/oder einer das Empfangssignal (E) bildenden Empfangseinrichtung (12), beschreiben, rechnerisch nachgeführt wird.
Messverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Richtungsdatensatz (RDS) Senderichtungen, für die die Abtaststrahlen der Messeinrichtung (10) bezüglich anderer Einrichtungen störend wären, als störungsverursachend markiert werden.
Messverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für nicht störungsverursachende Senderichtungen (R0, R1, R2, R4) anhand des Empfangssignals (E) geprüft wird, ob sich Objekte (20, 30, 40) in dem jeweils zugeordneten Messbereichsabschnitt befinden, und/oder die Entfernung zu Objekten (20, 30, 40) gemessen wird.
Messverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (12) eine Empfangseinrichtung (12) ist, die gleichzeitig aus dem gesamten von der Sendeeinrichtung (11) bestrahlbaren Messbereich (MB) kommende Strahlung empfangen kann.
Messverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtaststrahlen eine aussparungsbehaftete Strahlungsfläche bilden, bei der zumindest ein innenliegender Flächenabschnitt unbestrahlt bleibt.
Messverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Sendeeinrichtung (11) eine Mikrospiegeleinrichtung (112) umfasst, die eine Vielzahl an individuell verstellbaren Spiegeln (112a) aufweist, - wobei jedem Spiegel (112a) jeweils eine Senderichtung (R0, R1, R2, R3, R4) zugeordnet ist und jeder der Spiegel (112a) in seiner aktiven Spiegelstellung jeweils auftreffende Strahlung (S) in seiner ihm zugeordneten Senderichtung (R0, R1, R2, R3, R4) in den Messbereich (MB) lenkt, um diesen zu bestrahlen, und in seiner inaktiven Spiegelstellung die auftreffende Strahlung (S) aus dem Messbereich (MB) herauslenkt, um diesen unbestrahlt zu lassen, und/oder absorbiert.
Messverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (12) eine zweidimensional arbeitende Kamera, eine dreidimensional arbeitende Kamera, ein zwei- oder dreidimensional arbeitender Scanner oder eine Lichtlaufzeitentfernungsmesseinrichtung ist oder eine solche umfasst.
Messverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Abtaststrahlen auf einer geraden oder ungeraden Linie liegen und die Senderichtung (R0, R1, R2, R4) im Richtungsdatensatz (RDS) durch eine Winkelangabe beschrieben wird oder - die Abtaststrahlen eine zweidimensionale Strahlungsfläche aufspannen und die Senderichtung (R0, R1, R2, R4) im Richtungsdatensatz (RDS) durch zwei Winkelangaben beschrieben wird.
Messeinrichtung (10) mit - einer Sendeeinrichtung (11) zum Abstrahlen zumindest eines Abtaststrahls in einer vorgegebenen Senderichtung (R0, R1, R2, R4) in einen Messbereichsabschnitt eines Messbereichs (MB) der Messeinrichtung (10), - einer Empfangseinrichtung (12) zum Empfangen reflektierter und/oder gestreuter Strahlung unter Bildung eines Empfangssignals (E) und - einer Auswerteinrichtung (13) zum Auswerten des Empfangssignals (E), dadurch gekennzeichnet, dass - die Sendeeinrichtung (11) geeignet ist, eine Vielzahl an Abtaststrahlen mit unterschiedlichen Senderichtungen (R0, R1, R2, R4) nacheinander, zeitlich überlappend oder gleichzeitig in den Messbereich (MB) zu strahlen, wobei die Abtaststrahlen eine Strahlungsfläche definieren, bei der Flächenabschnitte, die gemäß einem vorgegebenen Richtungsdatensatz (RDS) zu nicht störungsverursachenden Senderichtungen (R0, R1, R2, R4) gehören, bestrahlt werden, und Flächenabschnitte, die gemäß dem Richtungsdatensatz (RDS) zu störungsverursachenden Senderichtungen (R3) gehören, unbestrahlt bleiben.