DE102019113599B3

DE102019113599B3 - Radar measurement arrangement

Info

Publication number: DE102019113599B3
Application number: DE102019113599.0A
Authority: DE
Inventors: Florian Krämer; Patrick Heizmann
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2020-10-15
Anticipated expiration: 2039-05-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messanordnung (100) umfassend wenigstens ein Radarmessgerät (1) mit einer Hauptabstrahlrichtung (H) und ein Förderband (3) mit einer Transportrichtung (T), wobei das Radarmessgerät (1) so zu dem Förderband (3) ausgerichtet ist, dass die Hauptabstrahlrichtung (H) und die Transportrichtung (T) einen Winkel (α) zwischen 60° und 90° einschließen, wobei das Förderband (3) eine Mehrzahl von Reflektoren (5) aufweist, wobei die Reflektoren (5) derart angeordnet sind, dass von dem Radarmessgerät (1) ausgesendete Radarwellen an den Reflektoren (5) reflektiert werden und wobei das Radarmessgerät (1) dazu eingerichtet ist, innerhalb einer vorgegebenen Messzeit wenigstens zwei Messungen durchzuführen und die daraus gewonnenen Messsignale hinsichtlich einer Änderung einer Amplitude (A) auszuwerten und aus der Änderung der Amplitude (A) eine Geschwindigkeit der Reflektoren (5) zu ermitteln.The present invention relates to a measuring arrangement (100) comprising at least one radar measuring device (1) with a main emission direction (H) and a conveyor belt (3) with a transport direction (T), the radar measuring device (1) being aligned with the conveyor belt (3) that the main emission direction (H) and the transport direction (T) enclose an angle (α) between 60 ° and 90 °, the conveyor belt (3) having a plurality of reflectors (5), the reflectors (5) being arranged in this way that radar waves emitted by the radar measuring device (1) are reflected on the reflectors (5) and the radar measuring device (1) is set up to carry out at least two measurements within a predetermined measuring time and to use the measurement signals obtained therefrom with regard to a change in an amplitude (A) evaluate and from the change in amplitude (A) to determine a speed of the reflectors (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radarmessanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a radar measuring arrangement according to the preamble of patent claim 1.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Radarmessanordnungen, Radarmessgeräte und -verfahren bekannt. Bspw. werden Radarmessanordnungen und Radarmessgeräte im Stand der Technik in der Prozessautomatisierung zur Füllstandmessung oder allgemeiner zur Abstandsmessung eingesetzt. Um auch bewegte Objekte erkennen zu können, wird im Stand der Technik neben einer Abstandsbestimmung in einer separaten Messung auch eine Geschwindigkeitsbestimmung durchgeführt. Dies kann entweder mit dem gleichen Radarsensor, oder mit einem zusätzlichen Radarsensor erfolgen.Various radar measuring arrangements, radar measuring devices and methods are known from the prior art. E.g. Radar measuring arrangements and radar measuring devices are used in the state of the art in process automation for level measurement or more generally for distance measurement. In order to also be able to detect moving objects, in addition to determining the distance, a speed determination is also carried out in a separate measurement in the prior art. This can be done either with the same radar sensor or with an additional radar sensor.

Aufgrund weitreichender Unabhängigkeit gegenüber äußeren Einflüssen und durch die Erschließung höherer Arbeitsfrequenzen mit Hilfe neuartiger Halbleiterbauelemente können mit modernen Radarmessgeräten sehr exakte Messergebnisse zuverlässig ermittelt werden. Bekannte Radarfüllstandmessgeräte messen den Abstand zu einem Füllgut und anderen Reflexionsstellen, nachfolgend auch Reflektoren genannt, innerhalb eines Behälters durch Anwendung eines Puls-Laufzeit-Verfahrens oder eines FMCW-Verfahrens (FMCW = Frequency Modulated Continous Wave).Due to the far-reaching independence from external influences and the development of higher working frequencies with the help of new semiconductor components, very exact measurement results can be reliably determined with modern radar measuring devices. Known radar level measuring devices measure the distance to a product and other reflection points, hereinafter also referred to as reflectors, within a container by using a pulse transit time method or an FMCW method (FMCW = Frequency Modulated Continuous Wave).

Bei Anwendungen im Bereich der Automatisierungstechnik werden bislang hauptsächlich optische Verfahren und Messanordnungen verwendet.In applications in the field of automation technology, optical methods and measuring arrangements have so far been mainly used.

Unter dem Begriff Automatisierungstechnik wird ein Teilgebiet der Technik verstanden, welches alle Maßnahmen zum Betrieb von Maschinen und Anlagen ohne Mitwirkung des Menschen beinhaltet, so kann das Teilgebiet der Prozessautomatisierung als niedrigster Grad der Automatisierung verstanden werden. Ziel der Prozessautomatisierung ist es, das Zusammenspiel einzelner Komponenten einer Werksanlage in den Bereichen Chemie, Erdöl, Papier, Zement, Schifffahrt oder Bergbau zu automatisieren. Hierzu sind eine Vielzahl an Sensoren bekannt, welche insbesondere an die spezifischen Anforderungen der Prozessindustrie, wie bspw. mechanische Stabilität, Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, extremen Temperaturen und extremen Drücken, angepasst sind. Messwerte dieser Sensoren werden üblicherweise an eine Leitwarte übermittelt, in welcher Prozessparameter wie Füllstand, Durchfluss, Druck oder Dichte überwacht und Einstellungen für die gesamte Werksanlage manuell oder automatisiert verändert werden können.The term automation technology is understood to be a sub-area of technology that includes all measures for operating machines and systems without human involvement, so the sub-area of process automation can be understood as the lowest degree of automation. The aim of process automation is to automate the interaction of individual components in a plant in the chemical, oil, paper, cement, shipping or mining sectors. A large number of sensors are known for this purpose, which are particularly adapted to the specific requirements of the process industry, such as mechanical stability, insensitivity to contamination, extreme temperatures and extreme pressures. Measured values from these sensors are usually transmitted to a control room, in which process parameters such as level, flow, pressure or density can be monitored and settings for the entire plant can be changed manually or automatically.

Ein anderes Teilgebiet der Automatisierungstechnik betrifft die Logistikautomation. Mit Hilfe von Distanz- und Winkelsensoren werden im Bereich der Logistikautomation Abläufe innerhalb eines Gebäudes oder innerhalb einer einzelnen Logistikanlage automatisiert. Typische Anwendungen finden Systeme zur Logistikautomation im Bereich der Gepäck- und Frachtabfertigung an Flughäfen, im Bereich der Verkehrsüberwachung (Mautsysteme), im Handel, der Paketdistribution oder aber auch im Bereich der Gebäudesicherung (Zutrittskontrolle). Gemein ist den zuvor aufgezählten Beispielen, dass eine Präsenzerkennung in Kombination mit einer genauen Vermessung der Größe und der Lage eines Objektes von der jeweiligen Anwendungsseite gefordert wird. Bekannte Radarsysteme sind bislang nicht in der Lage, die Anforderungen hierbei zu erfüllen, weshalb im bekannten Stand der Technik unterschiedliche Sensoren auf Basis optischer Messverfahren mittels Laser, LED, 2D-Kameras oder 3D-Kameras, die nach dem Laufzeitprinzip (time off light, ToF) Abstände erfassen, verwendet werden.Another branch of automation technology concerns logistics automation. With the help of distance and angle sensors, processes within a building or within a single logistics system are automated in the field of logistics automation. Typical applications are systems for logistics automation in the area of baggage and freight handling at airports, in the area of traffic monitoring (toll systems), in retail, parcel distribution or in the area of building security (access control). What the examples listed above have in common is that presence detection in combination with precise measurement of the size and position of an object is required by the respective application side. Known radar systems have so far not been able to meet the requirements, which is why, in the known state of the art, different sensors based on optical measuring methods using lasers, LEDs, 2D cameras or 3D cameras that operate according to the time off light principle (ToF ) Detect distances can be used.

Ein drittes Teilgebiet der Automatisierungstechnik betrifft die Fabrikautomation. Anwendungsfälle hierzu finden sich in den unterschiedlichsten Branchen wie Automobilherstellung, Nahrungsmittelherstellung, Pharmaindustrie oder allgemein im Bereich der Verpackung. Ziel der Fabrikautomation ist, die Herstellung von Gütern durch Maschinen, Fertigungslinien und/oder Roboter zu automatisieren, d. h. ohne Mitwirkung des Menschen ablaufen zu lassen. Die hierbei verwendeten Sensoren und spezifischen Anforderungen im Hinblick auf die Messgenauigkeit bei der Erfassung der Lage und Größe eines Objektes sind mit denen der im vorigen Beispiel der Logistikautomation vergleichbar. Üblicherweise werden daher auch im Bereich der Fabrikautomation im großen Stil Sensoren auf Basis optischer Messverfahren eingesetzt.A third sub-area of automation technology relates to factory automation. Applications for this can be found in a wide variety of industries such as automobile production, food production, the pharmaceutical industry or generally in the field of packaging. The aim of factory automation is to automate the production of goods by machines, production lines and / or robots, i. H. to run without human involvement. The sensors used here and specific requirements with regard to the measurement accuracy when recording the position and size of an object are comparable to those in the previous example of logistics automation. Therefore, sensors based on optical measuring methods are usually used on a large scale in the field of factory automation.

Sowohl im Bereich der Logistikautomation, als auch im Bereich der Fabrikautomation und der Sicherheitstechnik dominieren bislang optische Sensoren. Diese sind schnell und preisgünstig und können die Lage und/oder den Abstand zu einem Objekt aufgrund der relativ einfach fokussierbaren optischen Strahlung, welche der Messung zu Grunde liegt, zuverlässig ermitteln. Ein bedeutender Nachteil optischer Sensoren ist aber deren erhöhter Wartungsbedarf, da auch in den zuvor aufgezählten Bereichen nach einigen tausend Betriebsstunden ein Verschmutzen des Sensors zu beobachten ist, welche die Messung massiv beeinträchtigt. Zudem kann speziell beim Einsatz in Fertigungslinien die Messung durch Öldämpfe oder andere Aerosole mit Nebelbildung beeinträchtigt werden, und zu einer zusätzlichen Verschmutzung optischer Sensoren führen.Optical sensors have dominated both in the field of logistics automation and in the field of factory automation and security technology. These are quick and inexpensive and can reliably determine the position and / or the distance to an object on the basis of the relatively easy-to-focus optical radiation on which the measurement is based. A significant disadvantage of optical sensors, however, is their increased need for maintenance, since even in the areas listed above, after a few thousand hours of operation, contamination of the sensor can be observed, which massively affects the measurement. In addition, especially when used in production lines, the measurement can be impaired by oil vapors or other aerosols with fog formation and lead to additional contamination of optical sensors.

Weiterer Stand der Technik ist aus DE 10 2017 202 214 A1 und US 2017/0 167 865 A1 bekannt.Further state of the art is off DE 10 2017 202 214 A1 and US 2017/0 167 865 A1 known.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Messanordnung mit einem Radarmessgerät zur Verfügung zu stellen, die zur Objekterkennung und Geschwindigkeitsbestimmung bei Förder- und Transportbändern eingesetzt werden kann.The object of the present invention is to provide a measuring arrangement with a radar measuring device that can be used for object recognition and speed determination in conveyor belts.

Diese Aufgabe wird durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.This object is achieved by a measuring arrangement with the features of patent claim 1 and a method with the features of patent claim 9.

Eine erfindungsgemäße Messanordnung umfassend wenigstens ein Radarmessgerät mit einer Hauptabstrahlrichtung und ein Förderband mit einer Transportrichtung, wobei das Radarmessgerät so zu dem Förderband ausgerichtet ist, dass die Hauptabstrahlrichtung und die Transportrichtung einen Winkel zwischen 60° und 90° einschließen, zeichnet sich dadurch aus, dass das Förderband eine Mehrzahl von Reflektoren aufweist, wobei die Reflektoren derart angeordnet sind, dass von dem Radarmessgerät ausgesendete Radarwellen an den Reflektoren reflektiert werden, wobei das Radarmessgerät dazu eingerichtet ist, innerhalb einer vorgegebenen Messzeit wenigstens zwei Messungen durchzuführen und die daraus gewonnenen Messsignale auszuwerten und aus der Änderung eine Geschwindigkeit der Reflektoren zu ermitteln. Idealerweise beträgt der Winkel 90°.A measuring arrangement according to the invention comprising at least one radar measuring device with a main emission direction and a conveyor belt with a transport direction, the radar measuring device being aligned with the conveyor belt in such a way that the main emission direction and the transport direction enclose an angle between 60 ° and 90 °, is characterized in that the Conveyor belt has a plurality of reflectors, the reflectors being arranged in such a way that radar waves emitted by the radar measuring device are reflected on the reflectors, the radar measuring device being set up to carry out at least two measurements within a predetermined measuring time and to evaluate the measurement signals obtained therefrom and from the Change a speed of the reflectors to determine. Ideally the angle is 90 °.

Es erfolgt also eine Bewegung der Reflektoren, die im Wesentlichen quer zu der Hauptabstrahlrichtung verläuft. In einer solchen Ausgestaltung ist eine Auswertung des Dopplereffekts zur Bestimmung einer Geschwindigkeit der Reflektoren nicht oder nur schlecht möglich, da der Anteil der Bewegung der Reflektoren, der parallel zur Hauptabstrahlrichtung erfolgt, zu gering ist. Durch eine Auswertung über mehrere Messungen hinweg, kann eine Geschwindigkeit der Reflektoren ermittelt werden, mit der sich die Reflektoren in den Messbereich hinein und wieder aus diesem hinausbewegen, oder es kann ein Zeitraum zwischen der Erfassung von zwei Reflektoren bestimmt werden.There is therefore a movement of the reflectors that runs essentially transversely to the main emission direction. In such an embodiment, an evaluation of the Doppler effect for determining a speed of the reflectors is not possible, or only possible with difficulty, since the portion of the movement of the reflectors that occurs parallel to the main emission direction is too small. By evaluating several measurements, a speed of the reflectors can be determined at which the reflectors move into and out of the measurement area, or a period of time between the detection of two reflectors can be determined.

Aus einer Veränderung des Messsignals basierend auf einem Reflektor oder basierend auf einer Messung der Zeit zwischen zwei Reflektoren kann in Kenntnis der Abmessungen der Reflektoren und/oder deren Abstände eine Geschwindigkeit des Förderbandes ermittelt werden.A speed of the conveyor belt can be determined from a change in the measurement signal based on a reflector or based on a measurement of the time between two reflectors, knowing the dimensions of the reflectors and / or their spacing.

In einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltungsform ist das Radarmessgerät dazu eingerichtet, die gewonnenen Messsignale hinsichtlich einer Änderung einer Amplitude auszuwerten und aus der Änderung der Amplitude die Geschwindigkeit der Reflektoren zu ermitteln. Ist der Verlauf der Amplitude des Empfangssignals vom Eintritt eines Reflektors bis zu dessen Austritt aus einem Erfassungsbereich des Radarmessgeräts bekannt, so kann aus zwei aufeinanderfolgenden Empfangssignalen die Geschwindigkeit des Reflektors bestimmt werden.In an embodiment not according to the invention, the radar measuring device is set up to evaluate the measurement signals obtained with regard to a change in an amplitude and to determine the speed of the reflectors from the change in amplitude. If the course of the amplitude of the received signal from the entry of a reflector to its exit from a detection area of the radar measuring device is known, then the speed of the reflector can be determined from two successive received signals.

Abhängig davon, wie viele Reflektoren sich zu einem Zeitpunkt in dem Messbereich befinden, ist die Amplitude höher oder niedriger, da mehr oder weniger von der ausgesendeten Radarstrahlung reflektiert wird. Wird die empfangene Amplitude in einer bestimmten Entfernung, nämlich am Ort der Reflektoren über der Zeit betrachtet, so steigt diese ab dem Eintreten des Reflektors in den Messbereich stetig an, bis der Reflektor vollständig in den Messbereich eingetreten ist. Solange sich der Reflektor vollständig im Messbereich befindet, bleibt die reflektierte und damit die empfangene Amplitude konstant und sinkt ab dem Zeitpunkt, zu dem der Reflektor den Messbereich wieder verlässt stetig ab. Bei Kenntnis eines Abstands der Reflektoren zu dem Radarmessgerät, der Form und Größe der Reflektoren sowie der Größe des Messbereichs kann somit eine Geschwindigkeit der Reflektoren ermittelt werden. Auf diese Weise kann bspw. die Geschwindigkeit des Förderbandes ermittelt werden.Depending on how many reflectors are in the measurement area at a time, the amplitude is higher or lower, since more or less is reflected by the radar radiation emitted. If the received amplitude is viewed over time at a certain distance, namely at the location of the reflectors, it increases steadily from the point at which the reflector enters the measuring area until the reflector has completely entered the measuring area. As long as the reflector is completely in the measuring range, the reflected and thus the received amplitude remains constant and steadily decreases from the point in time at which the reflector leaves the measuring range again. With knowledge of the distance between the reflectors and the radar measuring device, the shape and size of the reflectors and the size of the measurement area, a speed of the reflectors can thus be determined. In this way, for example, the speed of the conveyor belt can be determined.

In diesem Fall ist es ausschlaggebend, dass die Messzeit so bemessen ist, dass bei einer maximalen Geschwindigkeit des Förderbandes in der Hälfte der Zeit vom Eintritt des Reflektors in den Erfassungsbereich bis zu dessen Austritt wenigstens zwei Messungen durchgeführt werden.In this case, it is crucial that the measurement time is dimensioned so that at a maximum speed of the conveyor belt, at least two measurements are carried out in half the time from the entry of the reflector into the detection area to its exit.

Erfindungsgemäß ist das Radarmessgerät dazu eingerichtet, aus den gewonnenen Messsignalen eine Dauer zwischen zwei Reflektoren und daraus die Geschwindigkeit des Förderbandes zu ermitteln.According to the invention, the radar measuring device is set up to determine a duration between two reflectors and, from this, the speed of the conveyor belt from the measurement signals obtained.

Bspw. kann eine Dauer zwischen zwei Amplitudenmaxima bestimmt werden, woraus in Kenntnis eines Abstandes zwischen den Reflektoren ebenfalls eine Geschwindigkeit des Förderbandes ermittelt werden kann.E.g. a duration between two amplitude maxima can be determined, from which a speed of the conveyor belt can also be determined with knowledge of the distance between the reflectors.

Die Reflektoren können bspw. in das Förderband eingearbeitet oder an dem Förderband befestigt sein. Auf diese Weise bewegen sich die Reflektoren mit derselben Geschwindigkeit wie das Förderband und es ist sichergestellt, dass die Geschwindigkeit der Reflektoren der Geschwindigkeit des Förderbandes entspricht.The reflectors can, for example, be incorporated into the conveyor belt or attached to the conveyor belt. In this way the reflectors move at the same speed as the conveyor belt and it is ensured that the speed of the reflectors corresponds to the speed of the conveyor belt.

Durch eine nachträgliche Anbringung von Reflektoren an dem Förderband, kann die Messanordnung der vorliegenden Anmeldung auch bei bereits bestehenden Systemen nachgerüstet werden und zum Einsatz kommen. In das Förderband eingearbeitete Reflektoren können eine Variante darstellen, die bei neuen Systemen oder bei einem Austausch der Transportgurte von Förderbändern in Frage kommt. Eingearbeitete Reflektoren können platzsparend und unlösbar in das Förderband, d. h. insbesondere den Transportgurt eingearbeitet sein.By subsequently attaching reflectors to the conveyor belt, the measuring arrangement of the present application can also be retrofitted and used in existing systems. Reflectors built into the conveyor belt can represent a variant that comes into question in new systems or when the conveyor belts of conveyor belts are replaced. Integrated reflectors can save space and be permanently incorporated into the conveyor belt, ie in particular the conveyor belt.

Um eine Detektion von Fördergut mit dem Radarmessgerät möglichst wenig zu beeinflussen, können die Reflektoren bspw. an einer dem Radarmessgerät abgewandten Seite des Förderbandes angeordnet sein. Auf diese Weise können auch kleinere Objekte noch zuverlässig erkannt werden, da diese nicht abgeschattet werden.In order to influence the detection of conveyed goods with the radar measuring device as little as possible, the reflectors can be arranged, for example, on a side of the conveyor belt facing away from the radar measuring device. In this way, even smaller objects can still be reliably detected because they are not shaded.

Alternativ kann durch eine Anbringung der Reflektoren an einer dem Radarmessgerät zugewandten Seite des Förderbandes eine Bestimmung der Geschwindigkeit des Förderbandes auch dann erfolgen, wenn dieses durchgängig mit Fördergut belegt ist und die Reflektoren an der abgewandten Seite dadurch abgeschattet würden.Alternatively, by attaching the reflectors to a side of the conveyor belt facing the radar measuring device, the speed of the conveyor belt can also be determined when the conveyor belt is continuously covered with conveyed goods and the reflectors on the opposite side would be shaded as a result.

Die Reflektoren können besonders einfach zur Verfügung gestellt werden, wenn diese metallische Oberfläche aufweisen. Die metallische Oberfläche kann bspw. durch eine metallische Beschichtung erzeugt werden. Auf diese Weise können z. B. Reflektoren mit einer Tragstruktur aus Kunststoff und einer metallischen Beschichtung eingesetzt werden. Solche Reflektoren können besonders kostengünstig hergestellt werden.The reflectors can be made available particularly easily if they have a metallic surface. The metallic surface can be produced, for example, by a metallic coating. In this way, z. B. reflectors with a support structure made of plastic and a metallic coating can be used. Such reflectors can be manufactured particularly inexpensively.

Für Anwendungen mit rauen Umgebungsbedingungen eignen sich besonders gut Reflektoren, die aus Metall gefertigt sind. Solche Reflektoren können stabiler ausgestaltet werden und weisen eine höhere Widerstandskraft gegenüber abrasiven Materialien auf.For applications with harsh environmental conditions, reflectors made of metal are particularly suitable. Such reflectors can be made more stable and have a higher resistance to abrasive materials.

Durch eine äquidistante Anordnung der Reflektoren können bei relativ zur Messfrequenz langsam laufenden Bändern gute Messeigenschaften erreicht werden. Bei relativ zur Messfrequenz schnell laufenden Bändern können die durch einzelne Reflektoren erzeugten Amplituden so klein werden, dass diese verschwimmen und einzelne Reflektoren nicht mehr identifiziert werden können. In diesen Fällen kann es dann sinnvoll sein, wenn die Reflektoren in äquidistant angeordneten Gruppen angeordnet sind, wobei die Reflektoren innerhalb der Gruppen vorzugsweise ebenfalls äquidistant angeordnet sind.With an equidistant arrangement of the reflectors, good measurement properties can be achieved with the strips moving slowly relative to the measurement frequency. In the case of belts running fast relative to the measurement frequency, the amplitudes generated by individual reflectors can become so small that they become blurred and individual reflectors can no longer be identified. In these cases it can be useful if the reflectors are arranged in equidistant groups, the reflectors within the groups preferably also being arranged equidistantly.

Auf diese Weise wird erreicht, dass auch bei schnell laufenden Bändern eine ausreichend hohe Amplitude detektiert wird. Einzelne Reflektoren sind in dieser Konstellation dann nicht mehr voneinander unterscheidbar, es können aber die einzelnen Gruppen voneinander unterschieden werden und somit zur Geschwindigkeitsbestimmung herangezogen werden.In this way it is achieved that a sufficiently high amplitude is detected even with fast moving belts. Individual reflectors can then no longer be distinguished from one another in this constellation, but the individual groups can be distinguished from one another and thus used to determine the speed.

Zusätzlich kann das Radarmessgerät eine Objekterkennung durchführen. Dadurch, dass die Reflektoren typischerweise an einer Seite des Förderbandes angeordnet sind und die auf dem Förderband transportierten Güter mittig, besteht ein Abstandsunterschied, der durch das Radarmessgerät ermittelt werden kann. Ferner kann durch das Radarmessgerät ermittelt werden, wann das transportierte Objekt in den Erfassungsbereich des Radarmessgerätes eintritt, und, in Kenntnis der ermittelten Geschwindigkeit, wie lang es ist. Diese Informationen können bspw. in der Logistikautomation, aber auch in der Fabrikautomation für weitere Aktionen, bspw. eine Sortierung oder dergleichen verwendet werden.In addition, the radar measuring device can perform object detection. Because the reflectors are typically arranged on one side of the conveyor belt and the goods transported on the conveyor belt in the middle, there is a difference in distance that can be determined by the radar measuring device. Furthermore, the radar measuring device can determine when the transported object enters the detection range of the radar measuring device and, knowing the determined speed, how long it is. This information can be used, for example, in logistics automation, but also in factory automation for further actions, for example sorting or the like.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Geschwindigkeitsbestimmung eines Reflektors, der sich entlang einer vorgegebenen Bahn bewegt, mit einer Messanordnung umfassend wenigstens ein Radarmessgerät mit einer Hauptabstrahlrichtung und ein Förderband mit einer Transportrichtung, wobei das Radarmessgerät so zu dem Förderband ausgerichtet ist, dass die Hauptabstrahlrichtung und die Transportrichtung einen Winkel zwischen 60° und 90° einschließen, zeichnet sich dadurch aus, dass mit dem Radarmessgerät wenigstens zwei Messungen innerhalb einer vorgegebenen Messzeit durchgeführt werden, die gewonnenen Messsignale über der Zeit ausgewertet werden, und eine Geschwindigkeit des Reflektors ermittelt wird. Idealerweise beträgt der Winkel 90°.A method according to the invention for determining the speed of a reflector moving along a predetermined path, with a measuring arrangement comprising at least one radar measuring device with a main emission direction and a conveyor belt with a transport direction, wherein the radar measuring device is aligned with the conveyor belt in such a way that the main emission direction and the transport direction coincide Include angles between 60 ° and 90 ° is characterized in that at least two measurements are carried out with the radar measuring device within a predetermined measurement time, the measurement signals obtained are evaluated over time, and a speed of the reflector is determined. Ideally the angle is 90 °.

Zusätzlich zu einer Geschwindigkeitserkennung kann eine Objekterkennung erfolgen.In addition to speed detection, object detection can take place.

Die gewonnenen Messsignale können bspw. hinsichtlich einer Amplitude über der Zeit ausgewertet werden. Abhängig von einer Änderung der Amplitude über der Zeit kann dann in Kenntnis eines Amplitudenverlaufs des Empfangssignals vom Eintritt eines Reflektors bis zu dessen Austritt aus einem Erfassungsbereich des Radarmessgeräts eine Geschwindigkeit es Reflektors ermittelt werden. Die vorgegebene Messzeit ist derart bemessen, dass ein sich quer zur Hauptabstrahlrichtung bewegender Reflektor oder eine Gruppe von Reflektoren wenigstens zweimal erfasst wird. Abhängig von einem Öffnungswinkel des abgestrahltenThe measurement signals obtained can, for example, be evaluated with regard to an amplitude over time. Depending on a change in the amplitude over time, a speed of the reflector can then be determined with knowledge of an amplitude profile of the received signal from the entry of a reflector to its exit from a detection area of the radar measuring device. The specified measuring time is dimensioned in such a way that a reflector moving transversely to the main emission direction or a group of reflectors is detected at least twice. Depending on an opening angle of the emitted

Radarsignals, einem Abstand des Reflektors von dem Messgerät und einer maximalen Geschwindigkeit des Reflektors quer zu dem Messgerät kann damit eine Messfrequenz, d. h. die Frequenz, mit der die einzelnen Messungen durchgeführt werden müssen, ermittelt werden. Ein Reflektor muss mindestens zweimal erfasst werden, um zu erkennen, ob die Amplitude des gemessenen Reflektors steigend oder fallend ist. Dadurch kann die Position im Erfassungsbereich berechnet werden.Radar signal, a distance of the reflector from the measuring device and a maximum speed of the reflector transversely to the measuring device, a measuring frequency, d. H. the frequency with which the individual measurements must be carried out can be determined. A reflector must be detected at least twice in order to recognize whether the amplitude of the measured reflector is increasing or decreasing. This allows the position in the detection area to be calculated.

Erfindungsgemäß werden die gewonnenen Messsignale hinsichtlich einer Dauer zwischen zwei Reflektoren ausgewertet und daraus die Geschwindigkeit des Förderbandes ermittelt. Besonders einfach ist die Auswertung einer Dauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Amplitudenmaxima.According to the invention, the measurement signals obtained are in terms of a duration between two Evaluated reflectors and determined the speed of the conveyor belt. The evaluation of a duration between two successive amplitude maxima is particularly simple.

Zusätzlich zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Förderbandes kann eine Objekterkennung erfolgen. Auf diese Weise können zusätzliche Informationen über eine Anzahl und/oder ein Volumen von Objekten ermittelt und zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden.In addition to determining the speed of the conveyor belt, an object can be recognized. In this way, additional information about a number and / or a volume of objects can be determined and made available for further processing.

Durch eine optionale Ermittlung einer Füllhöhe auf dem Förderband ist zusammen mit der Geschwindigkeit bei Schüttgütern eine Bestimmung eines Massenstroms auf dem Förderband möglich.With an optional determination of a filling level on the conveyor belt, together with the speed in the case of bulk goods, it is possible to determine a mass flow on the conveyor belt.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert. Es zeigen:

1 eine Seitenansicht eines Förderbands eines ersten Ausführungsbeispiels einer Messanordnung gemäß der vorliegenden Anmeldung,
2 die Messanordnung mit dem Förderband aus 1 in einer Draufsicht,
3 eine Darstellung der in dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 und 2 erfassten Amplitude über der Zeit,
4 eine Seitenansicht oder Draufsicht eines Förderbandes eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Messanordnung gemäß der vorliegenden Anmeldung und
5 eine Darstellung der in dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 erfassten Amplitude über der Zeit.

The present invention is explained in detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. Show it:

1 a side view of a conveyor belt of a first embodiment of a measuring arrangement according to the present application,
2 the measuring arrangement with the conveyor belt 1 in a plan view,
3 a representation of the in the embodiment according to FIG 1 and 2 recorded amplitude over time,
4th a side view or top view of a conveyor belt of a second embodiment of a measuring arrangement according to the present application and
5 a representation of the in the embodiment according to 4th recorded amplitude over time.

In den Figuren bezeichnen - soweit nicht anders angegeben - gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten mit gleicher Funktion.In the figures, unless otherwise stated, the same reference symbols denote the same components with the same function.

1 zeigt eine Seitenansicht eines Förderband 3 eines ersten Ausführungsbeispiels einer Messanordnung 100 gemäß der vorliegenden Anmeldung. An dem Förderband 3, das sich gemäß dem in 1 eingezeichneten Doppelpfeil in einer Transporterrichtung T bewegt ist eine Mehrzahl von Reflektoren 5 angeordnet. Die Reflektoren 5 sind äquidistant angeordnet, d. h., dass zwischen den einzelnen Reflektoren jeweils der gleiche Abstand besteht. Auf dem Förderband 3 wird ein Objekt 10, das vorliegend als Flasche dargestellt ist, mittels des Förderbandes 3 in der Transportrichtung T bewegt. 1 Figure 3 shows a side view of a conveyor belt 3 of a first embodiment of a measuring arrangement 100 according to the present application. On the conveyor belt 3 according to the in 1 marked double arrow in a transporter direction T a plurality of reflectors is moved 5 arranged. The reflectors 5 are arranged equidistantly, which means that there is always the same distance between the individual reflectors. On the conveyor belt 3 becomes an object 10 , which is shown here as a bottle, by means of the conveyor belt 3 in the direction of transport T emotional.

2 zeigt eine Draufsicht auf das Förderband 3 gemäß 1, wobei in 2 zusätzlich ein Radarmessgerät 1 der Messanordnung 100 dargestellt ist. Das Radarmessgerät 1 weist eine Hauptabstrahlrichtung H auf, in der Radarwellen in einem Abstrahlkegel 12 in Richtung des Förderbandes 3 abgestrahlt werden. Die Hauptabstrahlrichtung H und die Transportrichtung T schließen im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Winkel α von 90° ein, d. h., dass sich das Objekt 10 senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung H des Radarmessgeräts 1 bewegt. In der gleichen Richtung bewegen sich auch die an dem Förderband 3 angeordneten Reflektoren 5, sodass diese wie aus 2 ersichtlich im Betrieb des Förderbandes 3 in einem Erfassungsbereich E des Radarmessgeräts 1 eintreten, diesen durchlaufen und wieder aus diesem austreten. Ebenso durchläuft das Objekt 10 den Erfassungsbereich E des Radarmessgeräts 1. wie aus 2 hervorgeht, sind die Reflektoren 5 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an einer dem Radarmessgerät 1 abgewandten Seite des Förderbandes 3 angeordnet, werden also durch ein Objekt 10 auf dem Förderband 3 verdeckt. 2 Figure 3 shows a top view of the conveyor belt 3 according to 1 , where in 2 additionally a radar measuring device 1 the measuring arrangement 100 is shown. The radar measuring device 1 has a main emission direction H on, in the radar waves in a radiation cone 12 in the direction of the conveyor belt 3 be emitted. The main direction of radiation H and the direction of transport T close an angle in the present embodiment α of 90 °, which means that the object 10 perpendicular to the main radiation direction H of the radar measuring device 1 emotional. Those on the conveyor belt move in the same direction 3 arranged reflectors 5 so this like out 2 visible in the operation of the conveyor belt 3 in one detection area E. of the radar measuring device 1 enter, go through it and exit it again. The object also passes through 10 the detection area E. of the radar measuring device 1 . like out 2 showing are the reflectors 5 in the present embodiment on one of the radar measuring device 1 remote side of the conveyor belt 3 arranged, that is, by an object 10 on the conveyor belt 3 covered.

Sowohl die Reflektoren 5 als auch das Objekt 10 können auf diese Weise von dem Radarmessgerät 1 erfasst werden.Both the reflectors 5 as well as the object 10 can in this way from the radar measuring device 1 are recorded.

3 zeigt eine Darstellung von in dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 und 2 erfassten Amplituden A über einer Zeit t. Dargestellt ist der Verlauf der Amplitude A in einem bestimmten Abstand von dem Radarmessgerät 1. In dem gezeigten Diagramm ist eine Messkurve 31 gezeigt, die den Verlauf dieser Amplitude A über der Zeit t darstellt. Von einem Zeitpunkt t1, zu dem ein Reflektor 5 in den Erfassungsbereich E des Radarmessgeräts 1 eintritt bis zu einem Zeitpunkt t2, zu dem der Reflektor 5 maximal im Erfassungsbereich E, idealerweise mit voller Fläche in dem Erfassungsbereich E eingetreten ist, steigt die Amplitude A in dem dargestellten Beispiel von einer ersten Amplitude A1 auf eine zweite Amplitude A2 an. Die erste Amplitude A1 entspricht im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Grundamplitude, die durch die verwendete Auswertung der Amplitudenwerte als Amplitudenoffset 33 stets erhalten bleibt. Über diesen Amplitudenoffset 33 hinaus erzeugt ein reflektiertes Signal 34 der Reflektoren 5 jeweils Amplitudenausschläge mit der zweiten Amplitude A2 und ein reflektiertes Signal 35 des deutlich größeren Objekts 10 einen Amplitudenausschlag mit einer deutlich größeren dritten Amplitude A3. Aus der gezeigten Messkurve 31 geht damit klar hervor, dass die Amplitude A des Empfangssignals ausgehend von einem Eintritt eines Reflektors 5 in den Erfassungsbereich E des Radarmessgeräts 1 bis zu einem Maximum ansteigt und anschließend wieder bis auf die erste Amplitude A1 abfällt. 3 FIG. 13 shows an illustration of FIG. 4 in the exemplary embodiment according to FIG 1 and 2 detected amplitudes A. over a time t . The course of the amplitude is shown A. at a certain distance from the radar measuring device 1 . In the diagram shown there is a measurement curve 31 shown showing the course of this amplitude A. over time t represents. From a time t1 at which a reflector 5 in the detection area E. of the radar measuring device 1 occurs up to a point in time t2 at which the reflector 5 maximum in the detection area E. , ideally with the full area in the detection area E. has occurred, the amplitude increases A. in the example shown of a first amplitude A1 to a second amplitude A2 on. The first amplitude A1 In the present exemplary embodiment, corresponds to a basic amplitude that is determined as an amplitude offset by the evaluation of the amplitude values used 33 is always preserved. About this amplitude offset 33 addition creates a reflected signal 34 the reflectors 5 amplitude deflections with the second amplitude A2 and a reflected signal 35 of the much larger object 10 an amplitude swing with a significantly larger third amplitude A3 . From the measurement curve shown 31 it clearly shows that the amplitude A. of the received signal based on the entry of a reflector 5 in the detection area E. of the radar measuring device 1 increases up to a maximum and then again up to the first amplitude A1 falls off.

Eine Geschwindigkeit des Förderbandes 3 kann damit auf zweierlei Art und Weise ermittelt werden. Zum einen kann eine Zeitdauer Δt zwischen bspw. zwei Amplitudenmaxima bestimmt und anhand eines bekannten Abstandes, in dem die Reflektoren 5 an dem Förderband 3 befestigt sind, die Geschwindigkeit des Förderbandes 3 bestimmt werden.A speed of the conveyor belt 3 can thus be determined in two ways. For one, it can be a period of time Δt Determined between, for example, two amplitude maxima and on the basis of a known distance in which the reflectors 5 on the conveyor belt 3 are attached, the speed of the conveyor belt 3 to be determined.

Dadurch, dass sich die Amplitude A bei durch die Reflektoren 5 hervorgerufenen Ausschlägen von der ersten Amplitude A1 zu der zweiten Amplitude A2 verändert, kann bei bekanntem Amplitudenverlauf aufgrund der Änderung der Amplitude zwischen zwei Messungen ebenfalls die Geschwindigkeit des Förderbandes 3 ermittelt werden. Es kann damit durch eine Auswertung der Amplitude A der durch die Reflektoren 5 hervorgerufenen Messausschläge auf eine Geschwindigkeit desThis means that the amplitude A. at through the reflectors 5 induced deflections from the first amplitude A1 to the second amplitude A2 changed, if the amplitude curve is known, the change in amplitude between two measurements can also change the speed of the conveyor belt 3 be determined. It can thus by evaluating the amplitude A. the one through the reflectors 5 caused measurement deflections to a speed of the

Reflektors 5 und damit des Förderbandes 3 geschlossen werden. In dem vorliegenden Fall muss eine Messfrequenz, d.h. die Frequenz, mit der einzelne Messungen durchgeführt werden, so ausgelegt sein, dass ein Reflektor 5 in dem Erfassungsbereich E bei maximaler Geschwindigkeit des Förderbandes 3 wenigstens zweimal im Bereich des Anstieges oder des Abfalls der Amplitude erfasst wird. In 4 ist eine Seitenansicht oder Draufsicht eines Förderbandes 3 eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Messanordnung 100 gemäß der vorliegenden Anmeldung gezeigt. In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner der Erfassungsbereich E, der vorliegend nur das seitlich dargestellte Förderband 3 umfasst, gezeigt.Reflector 5 and thus the conveyor belt 3 getting closed. In the present case, a measuring frequency, ie the frequency with which individual measurements are carried out, must be designed so that a reflector 5 in the detection area E. at the maximum speed of the conveyor belt 3 is detected at least twice in the region of the increase or decrease in the amplitude. In 4th Figure 3 is a side or plan view of a conveyor belt 3 of a second embodiment of a measuring arrangement 100 shown in accordance with the present application. In the in 4th The illustrated embodiment is also the detection area E. , the present only the conveyor belt shown on the side 3 includes, shown.

Da es sich bei dem in 4 dargestellten Förderband 3 um ein schnell laufendes Förderband 3 handelt, ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Bestimmung der Geschwindigkeit des Förderbandes 3 durch äquidistant angeordnete Reflektoren 5 nicht mehr möglich, da diese keine signifikanten Amplitudenausschläge über die Grundamplitude A1 hinaus erzeugen würden. Aus diesem Grund sind in das Förderband 3 gemäß 4 Gruppen 7 von Reflektoren 5 eingearbeitet, wobei die Reflektoren 5 innerhalb der Gruppen 7 jeweils äquidistant angeordnet sind. In 4 ist eine erste Gruppe 71 von Reflektoren 5 und eine zweite Gruppe 72 von Reflektoren 5 dargestellt. In der ersten Gruppe 71 weisen die Reflektoren 5 einen gegenüber der zweiten Gruppe 72 in etwa verdreifacht den Abstand zwischen den Reflektoren 5 auf. Durch diese Ausgestaltung ist die erste Gruppe 71 etwa doppelt so lang wie die zweite Gruppe 72.Since the in 4th illustrated conveyor belt 3 around a fast moving conveyor belt 3 is, in this embodiment, a determination of the speed of the conveyor belt 3 by equidistantly arranged reflectors 5 no longer possible, as this does not have any significant amplitude fluctuations over the base amplitude A1 would produce beyond. Because of this, they are in the conveyor belt 3 according to 4th groups 7th of reflectors 5 incorporated, the reflectors 5 within the groups 7th are each arranged equidistantly. In 4th is a first group 71 of reflectors 5 and a second group 72 of reflectors 5 shown. In the first group 71 point the reflectors 5 one across from the second group 72 roughly triples the distance between the reflectors 5 on. This configuration makes the first group 71 about twice as long as the second group 72 .

Durch die Verwendung von Gruppen 7 von Reflektoren 5 bleibt eine Flexibilität des Förderbandes 3 erhalten und es wird eine im Vergleich zu einzelnen Reflektoren 5 vergrößerte Reflektionsfläche erzeugt. Auf diese Weise kann das Förderband 3 weiterhin im Bereich der Umlenkrollen flexibel zurückgeführt werden, wobei gleichzeitig eine erhöhte Amplitude A des reflektierten Signals erzeugt wird. In 4 ist ferner der Erfassungsbereich E des Radarmessgeräts 1 eingezeichnet.By using groups 7th of reflectors 5 remains a flexibility of the conveyor belt 3 and it becomes a compared to individual reflectors 5 enlarged reflection surface generated. This way the conveyor belt can 3 can continue to be returned flexibly in the area of the deflection rollers, with an increased amplitude at the same time A. of the reflected signal is generated. In 4th is also the detection area E. of the radar measuring device 1 drawn.

In 5 ist in einer weiteren Messkurve 41 das von den einzelnen Gruppen 7 von Reflektoren 5 erzeugte Empfangssignal gezeigt. Durch die unterschiedliche Ausgestaltung der ersten Gruppe 71 und der zweiten Gruppe 72 gemäß 4 ist auch ein in 5 dargestellter Amplitudenausschlag eines reflektierten Signals 44 der ersten Gruppe 71 und eines reflektierten Signals 45 der zweiten Gruppe unterschiedlich. Ein von der zweiten Gruppe 72 hervorgerufener Amplitudenausschlag übersteigt den Amplitudenoffset 43 in dem in 5 gezeigten Beispiel etwa doppelt so hoch wie der durch die erste Gruppe 71 hervorgerufenen Amplitudenausschlag. Auch in dieser Ausgestaltungsform mit in Gruppen 71, 72 angeordneten Reflektoren 5 ist eine Bestimmung der Geschwindigkeit des Förderbandes 3 entweder aufgrund einer Amplitudenänderung zwischen zwei Messungen oder durch Bestimmung der Zeitdauer Δt zwischen zwei durch die Gruppen 71, 72 hervorgerufenen Amplitudenmaxima möglich. Die verschiedene Amplitudenausschläge können ferner verwendet werden, um weitere Ausgangsignale oder Befehle zu generieren.In 5 is in another measurement curve 41 that of the individual groups 7th of reflectors 5 generated received signal shown. Due to the different design of the first group 71 and the second group 72 according to 4th is also an in 5 the amplitude amplitude of a reflected signal shown 44 the first group 71 and a reflected signal 45 the second group different. One of the second group 72 The resulting amplitude deflection exceeds the amplitude offset 43 in the in 5 example shown about twice as high as that by the first group 71 caused amplitude deflection. Also in this embodiment in groups 71 , 72 arranged reflectors 5 is a determination of the speed of the conveyor belt 3 either due to a change in amplitude between two measurements or by determining the duration Δt between two by the groups 71 , 72 caused amplitude maxima possible. The different amplitude excursions can also be used to generate further output signals or commands.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: RadarmessgerätRadar measuring device
33: FörderbandConveyor belt
55: Reflektorreflector
77th: Gruppegroup
1010: Objektobject
1212: AbstrahlkegelRadiation cone
3131: MesskurveMeasurement curve
3333: AmplitudenoffsetAmplitude offset
3434: reflektiertes Signal Reflektorenreflected signal reflectors
3535: reflektiertes Signal Objektreflected signal object
4141: weitere Messkurvefurther measurement curve
4343: AmplitudenoffsetAmplitude offset
4444: reflektiertes Signal erste Gruppereflected signal first group
4545: reflektiertes Signal zweite Gruppereflected signal second group
7171: erste Gruppefirst group
7272: zweite Gruppesecond group
100100: Messanordnung Measuring arrangement
TT: TransportrichtungTransport direction
HH: HauptabstrahlrichtungMain direction of radiation
αα: Winkelangle
AA.: Amplitudeamplitude
tt: Zeittime
ΔtΔt: ZeitdauerDuration
EE.: ErfassungsbereichDetection area
A₁ A ₁: erste Amplitudefirst amplitude
A₂ A ₂: zweite Amplitudesecond amplitude
A₃ A ₃: dritte Amplitudethird amplitude

Claims

Measuring arrangement (100) comprising at least one radar measuring device (1) with a main emission direction (H) and a conveyor belt (3) with a transport direction (T), the radar measuring device (1) being aligned with the conveyor belt (3) in such a way that the main emission direction ( H) and the transport direction (T) enclose an angle (α) between 60 ° and 90 ° and the conveyor belt (3) has a plurality of reflectors (5), the reflectors (5) being arranged in such a way that the radar measuring device ( 1) emitted radar waves are reflected on the reflectors (5) and the radar measuring device (1) is set up to carry out at least two measurements within a predetermined measuring time and to determine a speed of the reflectors (5) and thus the speed of the conveyor belt (3) , characterized in that the radar measuring device is set up to determine a duration between two reflectors from the measurement signals obtained and the speed of the conveyor therefrom to determine the band.

Measuring arrangement (100) according to Claim 1 , characterized in that the reflectors (5) are incorporated into the conveyor belt (3) or attached to the conveyor belt (3).

Measuring arrangement (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the reflectors (5) are arranged on a side of the conveyor belt (3) facing away from the radar measuring device (1).

Measuring arrangement (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the reflectors (5) have a metallic surface.

Measuring arrangement (100) according to Claim 4 , characterized in that the reflectors (5) have a metallic coating.

Measuring arrangement (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the reflectors (5) are made of metal.

Measuring arrangement (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the reflectors (5) are arranged equidistantly.

Measuring arrangement (100) according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the reflectors (5) are arranged in groups (7), the reflectors (5) preferably also being arranged equidistantly within the groups (7).

Method for determining the speed of a reflector (5) moving along a predetermined path, with a measuring arrangement (100) according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that at least two measurements are carried out with the radar measuring device (1) within a predetermined measuring time, the measurement signals obtained are evaluated, and a speed of the reflector (5) is determined, characterized in that the measurement signals obtained with regard to a duration between two reflectors are evaluated and from this the speed of the conveyor belt is determined.

Procedure according to Claim 9 , characterized in that object recognition also takes place.

Method according to one of the Claims 9 to 10 , characterized in that a level on the conveyor belt is determined and a mass flow is determined

Method according to one of the Claims 9 to 11 , characterized in that different amplitude deflections of different reflectors are evaluated and used for further actions.