DE102020130350B3 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes von einem Objekt - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes von einem Objekt (O, O*) mittels elektromagnetischer Wellen. Die Vorrichtung weist eine Sendeeinrichtung, die eingerichtet ist, elektromagnetische Wellen in Richtung des Objekts (O, O*) abzustrahlen, eine Empfangseinrichtung, die eingerichtet ist, elektromagnetische Wellen von dem Objekt (O, O*) zu empfangen und eine digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20), die eingerichtet ist, aus den gemessenen Daten Bilddaten des Objekts (O, O*) zu erzeugen, auf. Dabei sind die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung in wenigstens einer modularen Einheit (10, 11, 12, 13, 14) angeordnet. Die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20) weist eine Schnittstelle auf, über die verschiedene modulare Einheiten (10, 11, 12, 13, 14) auswechselbar mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit (20) koppelbar sind. Dabei ist die Schnittstelle eingerichtet, Daten an die modulare Einheit (10, 11, 12, 13, 14) zu übertragen und von dieser zu empfangen, Steuersignale an die Sendeeinrichtung und an die Empfangseinrichtung zu übertragen und die modulare Einheit (10, 11, 12, 13, 14) mit Energie zu versorgen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes von einem Objekt mittels elektromagnetischer Wellen, die auf einem modularen Ansatz mit verschiedenen Modulen basiert. Die Vorrichtung kann zur Überwachung und/oder Prüfung von Objekten, insbesondere im Rahmen einer Qualitätskontrolle, eingesetzt werden. Durch den modularen Ansatz ist die Vorrichtung in verschiedenen Bereichen einsetzbar, wie z. B. für die Materialprüfung, in der Lebensmittelindustrie oder bei Verpackungen.
  • Stand der Technik
  • Es sind heutzutage verschiedene bildgebende Verfahren bekannt, die im Wesentlichen auf zwei unterschiedlichen Ansätzen beruhen: akustische Wellen und elektromagnetische Wellen.
  • Akustische Wellen unterliegen Störeinflüssen wie Fremdschall, Luftbewegungen und der Lufttemperatur. Zusätzlich erfahren akustische Wellen, insbesondere Ultraschallwellen in Luft typischerweise eine große Dämpfung.
  • Bei der Materialprüfung und in der Medizintechnik ist die Untersuchung mit elektromagnetischen Wellen im Röntgen-Bereich weit verbreitet. Elektromagnetische Wellen im Röntgen-Bereich haben den Nachteil, dass der Energiegehalt der emittierten Strahlung sehr groß ist, sodass diese ionisierend wirken. Für die Untersuchung mit elektromagnetischen Wellen im Röntgen-Bereich sind daher Schutzmaßnahmen erforderlich und es gelten spezielle Vorschriften für den Betrieb solcher Anlagen.
  • Untersuchungen mit elektromagnetischen Wellen im Mikrowellen-Bereich, also mit Wellenlängen von wenigen Millimetern bis einigen Zentimetern, werden hauptsächlich bei der Fernerkundung, vorwiegend in Verbindung mit einem Synthetic Apertur Radar (SAR) eingesetzt. In letzter Zeit kommen sie auch bei sogenannten Bodyscannern zum Einsatz.
  • Mittlerweile sind integrierte Transceiverschaltungen bis in den Terahertz-Bereich verfügbar. Da das Auflösungsvermögen von der Wellenlänge bestimmt wird, ist eine Unterscheidbarkeit von Objekten bis in den Bereich von Millimetern möglich. Dadurch können bereits feine Unterschiede in der Materialbeschaffenheit zu unterschiedlichen Ausbreitungseigenschaften führen und so sichtbar gemacht werden.
  • Aus der US 2006/0164287 A1 geht ein Verfahren zur Überwachung eines Subjekts hervor, bei dem wenigstens ein Teil des Subjekts mit elektromagnetischer Strahlung mit einer oder mehreren Frequenzen zwischen ungefähr 100 MHz und ungefähr 2 THz bestrahlt wird, von dem Subjekt reflektierte elektromagnetische Strahlung empfangen wird und Bilddaten aus der empfangenen elektromagnetischen Strahlung erzeugt werden, die für mindestens den zu untersuchenden Teil des Subjekts repräsentativ sind.
  • Die EP 3 537 133 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Untersuchung von Sendungen, wobei zumindest eine Sendung in einem Untersuchungsbereich angeordnet wird, Strahlung zur Untersuchung der zumindest einen Sendung in den Untersuchungsbereich mittels einer Strahlungsquelle emittiert wird und die Strahlung aus dem Untersuchungsbereich mittels einer Sensoreinrichtung erfasst wird. Die Strahlungsquelle emittiert Terahertz-Strahlung, wobei die Strahlungsquelle im Wesentlichen das gesamte Terahertz-Frequenzspektrum von 1 THz bis hin zu 6 THz abdeckt.
  • Ein ebenfalls im Terahertz-Bereich arbeitendes System und ein Verfahren zu seinem Betrieb zum Erfassen von Gegenständen, die in anderen Objekten, Materialien oder Substanzen versteckt oder eingebettet sein können, geht aus der US 2007/0 235 658 A1 hervor. Hierbei sind verschiedene Module vorgesehen, die Terahertz-Strahlung erzeugen und/oder empfangen. Ein Teil der Terahertz-Strahlung wird von dem zu untersuchenden Artikel reflektiert und der Rest der Terahertz-Strahlung wird durch den Artikel übertragen. Ein Prozessor analysiert die reflektierte und transmittierte Terahertz-Strahlung, um den Artikel zu charakterisieren. Der Prozessor kann ein zweidimensionales oder dreidimensionales Bild oder sowohl zwei- als auch dreidimensionale Bilder des Artikels erzeugen.
  • Bisherige Systeme, vor allem, wenn diese auf Terahertz-Strahlung oder Mikrowellen-Strahlung beruhen, sind nur als kompaktes Komplettsystem ausgeführt. Das zu untersuchende Objekt muss dann in das Komplettsystem eingelegt und nach der Analyse entnommen werden.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes von einem Objekt mittels elektromagnetischer Wellen bereitzustellen, das in industriellen Anlagen, wie z. B. einem Förderband, in einfacher Weise implementiert werden kann und anschließend an die vor Ort vorliegende Situation angepasst werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes von einem Objekt mittels elektromagnetischer Wellen vorgeschlagen. Auch wenn im Allgemeinen jegliche Art von elektromagnetischen Wellen verwendet werden kann, so sind elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz unterhalb des sichtbaren Lichts bevorzugt. Besonders bevorzugt sind elektromagnetische Wellen im Terahertz-Bereich oder im Mikrowellen-Bereich mit einer Frequenz zwischen 1 GHz und 10 THz. Die geeigneten elektromagnetischen Wellen werden abhängig vom Objekt, das durchdrungen werden soll, gewählt und zwar derart, dass das Objekt für die elektromagnetischen Wellen zumindest teilweise transparent ist.
  • Die Vorrichtung weist eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung sowie eine digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit auf. Die Sendeeinrichtung ist eingerichtet, elektromagnetische Wellen in Richtung des Objekts abzustrahlen. Die Empfangseinrichtung ist eingerichtet, elektromagnetische Wellen von dem Objekt zu empfangen. Bei der Messung werden vorzugsweise sowohl die Amplitude als auch die Phase der empfangenen elektromagnetischen Wellen gemessen. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, eine Reflexionsmessung durchzuführen, bei der die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung auf der gleichen Seite des Objekts angeordnet sind. Bei dieser Messart werden die von der Sendeeinrichtung abgestrahlten elektromagnetischen Wellen an dem Objekt reflektiert und die reflektierten elektromagnetischen Wellen werden von der Empfangseinrichtung empfangen. Die Vorrichtung kann auch eingerichtet sein, eine Transmissionsmessung durchzuführen, bei der die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Objekts angeordnet sind. Bei dieser Messart transmittieren die von der Sendeeinrichtung abgestrahlten elektromagnetischen Wellen durch das Objekt und die transmittierten elektromagnetischen Wellen werden von der Empfangseinrichtung empfangen. Die beiden Messarten werden nachfolgend im Detail beschrieben.
  • Die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit ist eingerichtet, aus den gemessenen Daten Bilddaten des Objekts zu erzeugen. Dabei wandelt sie die gemessenen Signale in Digitalsignale um und wendet dann einen Algorithmus zur Bildgebung auf das gemessene Signal an. Zudem ist die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit eingerichtet, die modulare Einheit zu steuern. Im einfachsten Fall werden bei den gemessenen Daten nur die von der Empfangseinrichtung gemessenen elektromagnetischen Wellen und die von der Sendeeinrichtung abgestrahlten elektromagnetischen Wellen verwendet. In weiteren Varianten können auch andere Daten verwendet bzw. miteinbezogen werden, wie im Folgenden noch genauer beschrieben wird.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung in wenigstens einer modularen Einheit anzuordnen. Die modulare Einheit ist demnach ein eigenständiges Modul, auch als Hochfrequenz-Frontend-Modul bezeichnet, das eine geschlossene Funktionseinheit bildet und baulich getrennt von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit realisiert werden kann. Im Falle einer Reflexionsmessung sind die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung vorteilhafterweise in einer gemeinsamen modularen Einheit ausgebildet. Bei einer Transmissionsmessung können die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung auch in unterschiedlichen modularen Einheiten räumlich voneinander getrennt angeordnet sein.
  • Die modulare Einheit ist signaltechnisch mit der Verarbeitungs- und Steuereinheit verbunden. Hierfür weist die Verarbeitungs- und Steuereinheit eine Schnittstelle auf, über die die modulare Einheit mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit koppelbar ist. Dabei ist die modulare Einheit nicht permanent an die Verarbeitungs- und Steuereinheit gekoppelt, sondern kann durch andere modulare Einheiten ausgetauscht werden. Verschiedene modulare Einheiten mit verschieden ausgebildeten Sendeeinrichtungen und/oder Empfangseinrichtungen sind über die Schnittstelle mit der Verarbeitungs- und Steuereinheit koppelbar. Die modulare Einheit ist auswechselbar ausgebildet sein und über die Schnittstelle koppelbar. Die Schnittstelle ist eingerichtet, Daten an die modulare Einheit zu übertragen und von dieser zu empfangen, Steuersignale an die Sendeeinrichtung und an die Empfangseinrichtung zu übertragen und die modulare Einheit mit Energie zu versorgen.
  • Die verschiedenen modularen Einheiten sind für verschiedene Einsatzzwecke ausgebildet und können je nach Situation und den Erfordernissen eingesetzt und mit der Verarbeitungs- und Steuereinheit gekoppelt werden. Dadurch ergeben sich viele Anwendungsgebiete, von denen nachfolgend nur einige beispielhaft genannt werden:
    • - Erkennen von Anomalien des Objekts;
    • - Erkennen von Fremdkörpern (vorwiegend in der Lebensmittelindustrie);
    • - Vollständigkeitskontrolle beim Verpackungsprozess;
    • - Überprüfung der Homogenität des Objekts;
    • - Erkennen von Produktionsfehlern bei Kunststoffteilen und bei Metallteilen, wie z. B. Lufteinschlüssen, Lunker, Hinter- bzw. Überspritzungen;
    • - Zerstörungsfreie Materialprüfung;
    • - Dichte- bzw. Masseerkennung;
    • - Füllstandmessung;
    • - Ermittlung von Höhenprofilen; und
    • - (Schicht-)Dickenmessung.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Bildauswerteeinheit, die eingerichtet ist, die von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit erzeugten Bilddaten auszuwerten. Hierfür können an sich bekannte Verfahren zur Bildauswertung (image postprocessing) verwendet werden. Als Beispiel wird insbesondere das Objekt in den Bilddaten identifiziert und mit zuvor gespeicherten Referenzobjekten verglichen. Durch die Bildauswerteeinheit können in den Bilddaten Anomalien des Objekts, wie z. B. Fremdkörper oder Produktionsfehler oder eine fehlerhafte Füllmenge oder Zahl von Komponenten oder Ähnliches, erkannt werden. Anschließend werden Ausgangssignale erzeugt und die erzeugten Ausgangssignale ausgegeben. Die Ausgangssignale fungieren insbesondere als Steuersignale für andere Vorrichtungen, die für den Fall, dass eine der obengenannten Anomalien auftritt, dazu führen, dass das Objekt aus dem normalen Prozess ausscheidet und gesondert untersucht, bearbeitet oder entsorgt wird oder in anderer Weise speziell behandelt wird.
  • Im Ergebnis lässt sich die Vorrichtung in einfacher Weise auf verschiedene Situationen am Einsatzort vorbereiten. Zudem wird durch den modularen Aufbau erreicht, dass die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung im Wesentlichen frei positioniert werden können und damit in vorhandene Systeme eingesetzt werden können. Beispielsweise können die modularen Einheiten mit Hilfe einer Haltevorrichtung direkt über einem Förderband positioniert werden.
  • Es kann eine Vorrichtung zum Bewegen des Objekts vorgesehen sein, wie z. B. ein Förderband, durch die das Objekt passend zu den modularen Einheiten angeordnet werden kann.
  • Optional weist die modulare Einheit eine Vorverarbeitungseinrichtung auf. Die Vorverarbeitungseinrichtung ist eingerichtet, aus den empfangenen elektromagnetischen Wellen Teilbilddaten des Objekts zu erzeugen. Dabei kann die Vorverarbeitungseinrichtung analoge Signale in digitale Signale umwandeln und diese weiterleiten. Die Schnittstelle zwischen der modularen Einheit und der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit ist dann eingerichtet, die Teilbilddaten zu übertragen. Ferner ist die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit eingerichtet, aus den Teilbilddaten die Bilddaten zu erzeugen. Das Erzeugen der Teilbilddaten stellt einen Vorverarbeitungsschritt dar, der in der modularen Einheit ausgeführt wird. Dadurch wird die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit entlastet. Besonders für den unten beschriebenen Fall, dass mehrere modulare Einheiten gleichzeitig mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit verbunden sind, wird die Berechnung für die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit vereinfacht. Die Teilbilddaten können eine Vorstufe zu den Bilddaten darstellen oder können Bilddaten eines Teilbilds, das vom jeweiligen Sensor aufgenommen wird, sein.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit und wenigstens eine modulare Einheit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Jede modulare Einheit bildet dabei weiterhin eine geschlossene Funktionseinheit. Die wenigstens eine modulare Einheit wird je nach Anwendung ausgewählt, in das Gehäuse eingesetzt und über die Schnittstelle mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit gekoppelt. Das gemeinsame Gehäuse bietet den Vorteil, dass es einen geschlossenen Körper bildet und eine hohe Stabilität aufweist.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit und wenigstens eine modulare Einheit in verschiedenen Gehäusen angeordnet sind. Das Gehäuse der wenigstens einen modularen Einheit kann mit dem Gehäuse der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit verbunden werden und die wenigstens eine modulare Einheit kann über die Schnittstelle mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit gekoppelt werden. Dies bietet den Vorteil, dass die wenigstens eine modulare Einheit je nach Anwendung ausgewählt werden kann und dann vor Ort mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit zusammengefügt werden kann. Des Weiteren kann die modulare Einheit in einfacher Weise und zudem vor Ort ausgewechselt werden.
  • Vorzugsweise weist die modulare Einheit ein Befestigungselement auf, mit dem sie an der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit und/oder an einer anderen modularen Einheit befestigt werden kann. Die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit bzw. die modulare Einheit kann ein komplementäres Befestigungselement aufweisen, das mit dem Befestigungselement zusammenwirkt. Vorteilhafterweise ist das Befestigungselement an einem Gehäuse der modularen Einheit angeordnet. Dadurch können die Module untereinander verbunden werden, wodurch weniger Befestigungen an der Peripherie benötigt werden.
  • Die modulare Einheit weist vorzugsweise eine Antenneneinrichtung zum Abstrahlen und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen auf. Die Antenneneinrichtung weist zumindest eine Antenne auf, über die die elektromagnetischen Wellen abgestrahlt und/oder empfangen werden können. Bei einer Reflexionsmessung kann insbesondere dieselbe Antenneneinrichtung zum Abstrahlen und Empfangen verwendet werden. Es können auch eine separate Sendeantenne und eine separate Empfangsantenne vorgesehen sein. Die zumindest eine Antenne kann vorzugsweise derart ausgestaltet sein, dass ihr Abstrahlverhalten verändert und auf die jeweilige Situation angepasst werden kann. Die Antenneneinrichtung kann ausgebildet sein, die elektromagnetischen Wellen direkt auf das Objekt auszustrahlen. Bei sich bewegenden Objekten, beispielsweise auf einem Förderband, ist die Antenneneinrichtung vorteilhafterweise ausgebildet, die elektromagnetischen Wellen in den Halbraum vor der modularen Einheit auszusenden. Dadurch wird das Objekt bei der Bewegung aus verschiedenen Winkeln und/oder in verschiedenen Positionen untersucht, insbesondere in größerer Entfernung und nahe an der modularen Einheit. Die Antenneneinheit kann auch eine Vorrichtung zur Bewegung der zumindest einen Antenne aufweisen.
  • Die modulare Einheit weist vorzugsweise einen Transceiver auf, der eingerichtet ist, ein elektrisches Signal zur Erzeugung der elektromagnetischen Wellen bereitzustellen und aus den aufgenommenen elektromagnetischen Wellen ein elektrisches Signal zu erstellen. Der Transceiver kann Teil der Sendeeinrichtung und/oder Teil der Empfangseinrichtung sein. Alternativ können anstelle eines Transceivers auch ein Transmitter in der Sendeeinrichtung, der ein elektrisches Signal zur Erzeugung der elektromagnetischen Wellen bereitstellt, und ein Receiver in der Empfangseinrichtung, der aus den aufgenommenen elektromagnetischen Wellen ein elektrisches Signal erstellt, vorgesehen sein. Bevorzugt speist der Transceiver die obengenannte Antenneneinheit mit dem elektrischen Signal und verstärkt die von der Antenneneinheit empfangenen elektromagnetischen Wellen, sodass diese in ein messtechnisch erfassbares elektrisches Signal umgewandelt werden. Vorzugsweise werden die Amplitude und die Phase der empfangenen elektromagnetischen Wellen gemessen.
  • Vorzugsweise strahlt die Sendeeinrichtung die elektromagnetischen Wellen mit nur einer Frequenz aus. Alternativ kann die Sendeeinrichtung die elektromagnetischen Wellen auch mit mehreren Frequenzen eines Frequenzbereichs abstrahlen. Die Empfangseinrichtung ist eingerichtet, die elektromagnetischen Wellen mit genau dieser Frequenz bzw. mit genau diesen Frequenzen im Frequenzbereich zu empfangen. Besteht das Objekt aus einem stark verlustbehafteten Material, kann eine modulare Einheit mit einer Sendeeinrichtung mit niedrigerer Frequenz und entsprechend langer Wellenlänge gewählt werden, sodass eine hohe Eindringtiefe erreicht wird. Liegt hingegen ein Material mit nur geringen Verlusten vor, kann eine hohe Frequenz gewählt werden, durch die eine hohe räumliche Auflösung quer zur Ausbreitungsrichtung erreicht wird. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass je nach Einsatzbedingungen und zu untersuchendem Objekt am Einsatzort eine modulare Einheit mit der/den gewünschten Frequenz(en) ausgewählt und verwendet werden kann. Um die Frequenz vor Ort einzustellen, kann insbesondere das obengenannte elektrische Signal des Transceivers steuerbar sein und entsprechend der gewünschten Frequenz ausgegeben werden.
  • Als vorteilhafter Frequenzbereich wird der Terahertz-Bereich und/oder der Mikrowellen-Bereich mit einer Frequenz zwischen 1 GHz und 10 THz angesehen. Demnach ist die Sendeeinrichtung eingerichtet, elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich von 1 GHz bis 10 THz zu emittieren und die Empfangseinrichtung ist eingerichtet, die elektromagnetischen Wellen in diesem Frequenzbereich zu empfangen. Es können aber auch andere Frequenzbereiche gewählt werden, die insbesondere regulatorischen Vorgaben folgen oder nach ökonomischen Gesichtspunkten ausgewählt werden können.
  • Bevorzugt weisen die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung mehrere Messkanäle auf. In einer ersten Variante wird jeder Kanal durch eine separate Antenne gebildet. Vorzugsweise ist jeder Antenne dann ein einkanaliger Transceiver zugeordnet. Somit ist eine Mehrzahl von Antennen und Transceivern, die der Zahl der Messkanäle entspricht, vorgesehen. Eine weitere Variante sieht vor, einen mehrkanaligen Transceiver zu verwenden, der mit mehreren Antennen verbunden ist. Der Transceiver kann dabei entweder einen Sendekanal oder auch mehrere Sendekanäle sowie mehrere Empfangskanäle aufweisen. Dadurch soll einerseits eine ausreichende Dichte von Messpunkten sichergestellt werden, andererseits sollen möglichst wenig Messkanäle verwendet werden. Insbesondere können hierzu spärlich verteilte Antennengruppen vorgesehen sein oder ein Multiple-Input-Multiple-Output-(MIMO)-Ansatz verwendet werden.
  • Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung können eingerichtet sein, eine Reflexionsmessung an dem Objekt durchzuführen. Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung sind bevorzugt in derselben modularen Einheit angeordnet und verwenden besonders bevorzugt dieselbe Antenneneinheit und denselben Transceiver zum Abstrahlen und Empfangen der elektromagnetischen Wellen. Sehr vorteilhaft sind die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung so angeordnet, dass die elektromagnetischen Wellen von der Sendeeinrichtung direkt auf das Objekt abgestrahlt werden und die vom Objekt reflektierten elektromagnetischen Wellen direkt von der Empfangseinheit empfangen werden.
  • Optional kann ein Absorber gegenüber der Sendeeinrichtung auf der anderen Seite des Objekts angeordnet werden. Durch den Absorber werden die elektromagnetischen Wellen, die das Objekt durchdringen, absorbiert und somit nur die vom Objekt reflektierten oder gestreuten Wellen von der Empfangseinrichtung empfangen. Alternativ kann ein Reflektor gegenüber der Sendeeinrichtung auf der anderen, der Sendeeinrichtung abgewandten Seite des Objekts angeordnet werden. Durch den Reflektor werden die elektromagnetischen Wellen, die das Objekt durchdringen, reflektiert und durchlaufen nochmals das Objekt, bevor sie von der Empfangseinrichtung empfangen werden. Dadurch können Ausbreitungseigenschaften im Objekt besser ermittelt werden. Der Absorber und der Reflektor stellen somit unterschiedliche elektromagnetische Randbedingungen für die Reflexionsmessung dar. Es kann auch vorgesehen sein, dass zwischen den unterschiedlichen Randbedingungen umgeschaltet werden kann. Außerdem kann vorgesehen sein, dass ein sich bewegendes Objekt während seiner Bewegung Bereiche mit unterschiedlichen Randbedingungen passiert, wenn der Absorber und der Reflektor in Bewegungsrichtung des Objekts nebeneinander angeordnet sind.
  • Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung können eingerichtet sein, eine Transmissionsmessung an dem Objekt durchzuführen. Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung sind bevorzugt in unterschiedlichen modularen Einheit angeordnet, die auf verschiedenen Seiten des Objekts angeordnet sind. Sehr vorteilhaft ist die Sendeeinrichtung so angeordnet, dass die elektromagnetischen Wellen direkt auf das Objekt abgestrahlt werden, und die Empfangseinrichtung ist gegenüberliegend so angeordnet, dass die elektromagnetischen Wellen direkt durch das Objekt hindurch empfangen werden.
  • Die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit kann eingerichtet sein, aus den gemessenen Daten eine Bewegung des Objekts zu ermitteln. Im allgemeinen Fall wird eine relative Bewegung zwischen dem Objekt und der modularen Einheit, speziell der Antenneneinheit, ermittelt. Da die modulare Einheit mit der Antenneneinheit beim Messen typischerweise stillsteht und die Bewegungsrichtung des Objekts bekannt ist, kann direkt die Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts aus den gemessenen Daten ermittelt werden. Hierfür kann vorzugsweise die Dopplerverschiebung oder ein Trackingverfahren eines Streuzentrums des Objekts verwendet werden. Dies eignet sich besonders für den Fall, dass sich das Objekt auf einem Förderband bewegt und die modularen Einheiten fest in Bezug auf das Förderband angeordnet sind. Die Bewegung des Objekts kann bei der Erzeugung der Bilddaten miteinbezogen werden. Insbesondere kann bei einer Reflexionsmessung aus den gemessenen Daten einer Streuung und/oder einer Reflexion die Objektgeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit der Gesamtheit aller Streuelemente/Reflexionselemente ermittelt werden.
  • Die modulare Einheit kann räumlich getrennt von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit angeordnet sein. In diesem Fall kann die Schnittstelle zwischen der modularen Einheit und der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit eingerichtet sein, die Daten zwischen den beiden Komponenten zu übertragen. Die Schnittstelle kann dann als Funkverbindung ausgestaltet sein. Hierfür können gängige Funkverbindungen verwendet werden. Vorzugsweise kann ein Rechnernetzwerk (Cloud) vorgesehen sein und die Schnittstelle kann als Verbindung zu dem Rechnernetzwerk ausgebildet sein. Optional kann die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit zumindest teilweise in dem Rechnernetzwerk implementiert sein oder das Rechnernetzwerk kann ausgebildet sein, eine Vorverarbeitung der gemessenen Daten durchzuführen. Es können leitungsgebundene Schnittstellen oder funkbasierte Schnittstellen für das Rechnernetzwerk vorgesehen sein. Die Schnittstelle kann auch als Bus-System ausgebildet sein, um mehrere modulare Einheiten gleichzeitig zu koppeln. Zudem kann ein Speichermedium vorgesehen sein, auf dem die gemessenen Daten zwischengespeichert werden, und das dann zu der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit transportiert wird. Die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit kann eingerichtet ein, die Bilddaten zeitlich unabhängig zu ermitteln.
  • Es kann vorgesehen sein, mehrere modulare Einheiten gleichzeitig über die eingangs genannte Schnittstelle mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit zu koppeln. Die mehreren modularen Einheiten können dabei in gleicher Weise aufgebaut sein und die gleichen Funktionen aufweisen. Alternativ können auch unterschiedliche modulare Einheiten vorgesehen sein, die unterschiedlich aufgebaut sind und/oder unterschiedliche Funktionen aufweisen. In diesem Fall kann die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit die unterschiedlichen modularen Einheiten entsprechend steuern. Durch die Verwendung mehrerer modularer Einheiten kann der zu erfassende Bereich angepasst werden. Rein prinzipiell können beliebig viele modulare Einheiten mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit gekoppelt werden. Bevorzugt werden höchstens 10 modulare Einheiten pro digitaler Verarbeitungs- und Steuereinheit verwendet, um den Rechenaufwand für die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit zu begrenzen.
  • In einer bevorzugten Anordnung sind die mehreren modularen Einheiten zeilenförmig angeordnet. Dabei sind die mehreren modularen Einheiten entlang einer Zeile, also einer gedachten Linie, nebeneinander angeordnet. Somit kann das Objekt entlang dieser Zeile gleichzeitig vermessen werden und die Zeile stellt eine räumliche Dimension der Messung dar.
  • Vorzugsweise kann die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit die mehreren modularen Einheiten derart steuern, dass diese in zeitlich hintereinander ablaufenden Sequenzen jeweils gleichzeitig eine Messung durchführen. Zu einem Zeitpunkt führen die modularen Einheiten gleichzeitig jeweils eine Messung durch. Nach einem vorgegebenen zeitlichen Abstand führen die modularen Einheiten dann gleichzeitig eine weitere Messung durch. Dadurch wird eine weitere Dimension der Messung erreicht. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit obengenannter zeilenförmiger Anordnung und einem sich senkrecht zur Zeile bewegenden Objekt von Vorteil. Bewegt sich das Objekt senkrecht zur Zeile der modularen Einheiten durchläuft es die zeilenförmige Anordnung. Durch die Ansteuerung der zeilenförmig angeordneten modularen Einheiten, führen diese in zeitlich hintereinander ablaufenden Sequenzen jeweils gleichzeitig entlang der Zeile eine Messung durch. Zwischen den Sequenzen bewegt sich das Objekt mit der Bewegungsgeschwindigkeit, sodass bei der nächsten gleichzeitigen Messung ein anderer Ausschnitt des Objekts gemessen wird. Dadurch wird eine zweidimensionale Messung erreicht.
  • Optional kann ein Referenzsignal vorgesehen sein, mit dessen Hilfe die mehreren modularen Einheiten kohärent gesteuert werden, um gleichzeitig die Messung durchzuführen. Das Referenzsignal kann von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit bereitgestellt werden und von der Schnittstelle übertragen werden.
  • Die mehreren modularen Einheiten können in unterschiedlichen Orientierungen zu dem Objekt angeordnet sein. Die modularen Einheiten können hierfür nebeneinander oder zeilenförmig angeordnet sein. Alternativ sind die mehreren modularen Einheiten frei angeordnet, sodass das Objekt von mehreren Seiten aufgenommen werden kann. Die Sendeeinrichtung ist angeordnet, die elektromagnetischen Wellen aus unterschiedlichen Richtungen auf das Objekt abstrahlen. Zudem ist die Empfangseinrichtungen eingerichtet, die elektromagnetischen Wellen aus unterschiedlichen Richtungen vom Objekt zu empfangen. Als Resultat wird das Objekt aus mehreren Perspektiven aufgenommen. Die mehreren Perspektiven führen zu einer verbesserten Bildgebung. Außerdem können die benötigten Frequenzen reduziert werden. Die mehreren Richtungen bieten zudem den Vorteil, dass das Objekt aus einer Richtung hinter einem für die elektromagnetischen Wellen undurchdringlichen Hindernis liegen kann, es jedoch aus einer anderen Richtung frei zugänglich sein kann. Dadurch können die von einer Sendeeinheit gesendeten Wellen am Objekt gestreut werden oder durch das Objekt propagieren und von einer anderen Empfangseinheit einer weiteren modularen Einheit empfangen werden.
  • Wie oben beschrieben, können die modularen Einheiten unterschiedliche Funktionen aufweisen. Die jeweiligen Sendeeinrichtungen der mehreren modularen Einheiten können elektromagnetische Wellen mit unterschiedlicher Polarisation abstrahlen und die entsprechenden Empfangseinrichtungen der modularen Einheiten können die elektromagnetischen Wellen mit der entsprechenden Polarisation empfangen. Dadurch lassen sich polarisationsabhängige Streuungen der Objekte erkennen, was zu einer verbesserten Bildgebung führt. Zusätzlich oder alternativ können die jeweiligen Sendeeinrichtungen der mehreren modularen Einheiten elektromagnetische Wellen mit unterschiedlicher Frequenz abstrahlen und die entsprechenden Empfangseinrichtungen der modularen Einheiten können die elektromagnetischen Wellen mit der entsprechenden Frequenz empfangen. Dadurch ist es bei einem Objekt, dessen Material in einem Frequenzbereich stark verlustbehaftet ist und in einem anderen Frequenzbereich nicht oder nur gering verlustbehaftet ist, durch geeignete Wahl der unterschiedlichen Frequenzen möglich, das Objekt zu durchleuchten und gleichzeitig die Oberfläche des Materials gut aufzulösen.
  • Die Bildauswerteeinheit ist erfindungsgemäß als eigenständiges Modul ausgebildet. Dabei kann die Bildauswerteeinheit im gleichen Gehäuse wie die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit angeordnet sein. Ebenso kann die Bildauswerteeinheit ein eigenes Gehäuse aufweisen und insbesondere räumlich getrennt von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit angeordnet sein. In diesen Fällen kann die Bildauswerteeinheit mittels einer weiteren Schnittstelle mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit verbunden sein. Die weitere Schnittstelle ist eingerichtet, die Bilddaten von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit zu der Bildauswerteeinheit zu übertragen. Dabei kann die weitere Schnittstelle als Funkverbindung ausgebildet sein. Vorzugsweise kann die Schnittstelle als Verbindung zu einem Rechnernetzwerk, insbesondere zu dem oben genannten Rechnernetzwerk, ausgebildet sein.
  • Darüber hinaus kann die Bildauswerteeinheit mit mehreren digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheiten verbunden sein. Die Bildauswerteeinheit ist eingerichtet, jeweils die von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit erzeugten Bilddaten auszuwerten und daraus Ausgangssignale zu erzeugen und die erzeugten Ausgangssignale auszugeben. Als Resultat wird eine zentrale Bildauswerteeinheit für mehrere digitale Verarbeitungs- und Steuereinheiten erhalten, sodass die Anzahl der benötigten Bildauswerteinheiten reduziert werden kann. Zudem kann die Bildauswerteeinheit die Bilddaten der mehreren digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheiten kombinieren, um diese gemeinsam auszuwerten.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit ausgebildet ist, bei der Erzeugung der Bilddaten Anomalien des Objekts, wie z. B. Fremdkörper oder Produktionsfehler oder eine fehlerhafte Füllmenge oder die Anzahl von Komponenten oder Ähnliches, zu erkennen. Als Resultat können die Anomalien bereits festgestellt werden, bevor das Bild vollständig erzeugt wurde. Dies kann alternativ oder zusätzlich zu der Bildauswertung durch die oben beschriebene Bildauswerteeinheit durchgeführt werden.
  • Die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit kann eine Ausgangs-Schnittstelle aufweisen, über die die Bilddaten und/oder die erzeugten Ausgangssignale ausgegeben werden. Ist eine oben beschriebene Bildauswerteeinheit vorhanden, kann bevorzugt diese die Ausgangs-Schnittstelle aufweisen. Vorteilhafterweise ist die Ausgangs-Schnittstelle als eine IO-Link-Schnittstelle, Ethernet oder als Feldbus-Schnittstelle ausgebildet. Über die Ausgangs-Schnittstelle können auch Steuersignale und/oder Parameter in die Vorrichtung eingegeben werden.
  • Für die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine Selbstprüfung vorgesehen sein. Hierfür können die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit und/oder die oben genannte Bildauswerteeinheit ausgebildet sein, ein gleichbleibendes Kennzeichen aus den Bilddaten zu identifizieren. Dieses gleichbleibende Kennzeichen ist vorteilhafterweise ein Fixpunkt in der Umgebung, wie z. B. der Boden oder ein bestimmter Teil einer Maschine, an der die Vorrichtung angeordnet ist, oder Ähnliches. Wenn dieses Kennzeichen in den Bilddaten nicht mehr identifiziert werden kann, wird ein Fehlersignal ausgegeben.
  • Es können weitere Sensoren vorgesehen sein, die mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit und/oder der Bildauswerteeinheit gekoppelt werden können und zusätzliche Messdaten liefern können. Alternativ kann die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit und/oder die Bildauswerteeinheit die Messdaten von weiteren Sensoren erhalten, ohne direkt mit diesen gekoppelt zu sein. Die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit und/oder die Bildauswerteeinheit beziehen die Messdaten der weiteren Sensoren bei der Auswertung ein. Ein Beispiel für die weiteren Sensoren ist ein optischer Sensor, wie eine optische Kamera, der optische Bilddaten des Objekts für die Bildauswerteeinheit bereitstellt. Die Bildauswerteeinheit kann die optischen Bilddaten bei der Auswertung der von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit erzeugten Bilddaten miteinbeziehen. Durch die optischen Bilddaten der optischen Kamera können die Position, die Kontur und die Oberfläche des Objekts bereits im Vorfeld ermittelt werden. Es können aber auch Kameras in anderen Spektralbereichen, wie z. B. Infrarot, verwendet werden. Ferner können die weiteren Sensoren Entfernungsmesser sein, mittels denen die Position und/oder die Bewegung bzw. die Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts ermittelt werden. Abhängig von der Position des Objekts und/oder von der Bewegung bzw. der Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts kann dann die Messung automatisch ausgelöst werden. Darüber hinaus können die weiteren Sensoren aber auch auf anderen Wirkprinzipien beruhen.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • 1 a) - e) zeigen jeweils eine schematische Darstellung unterschiedlicher Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
    • 2 und 3 zeigen jeweils eine schematische Darstellung verschiedener Anordnungen der modularen Einheiten in Reflexionsmessung.
    • 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung der modularen Einheiten in Transmissionsmessung.
    • 5 zeigt eine isometrische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines zu untersuchenden Objekts auf einem Förderband.
    • 6 zeigt schematisch den Ablauf eines Messverfahrens.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • In den 1 a) - e) sind unterschiedliche Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Gleiche Komponenten werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und aus Gründen der Übersichtlichkeit werden diese nur einmal beschrieben. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können, wenn nicht anders beschrieben, auch für die anderen Ausführungsbeispiele übernommen werden. Die 1 a) - d) zeigen jeweils Ausführungsbeispiele mit zwei modularen Einheiten 10, 11, einer digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 und einer Bildauswerteeinheit 30. In weiteren Ausführungsbeispielen können auch weitere modulare Einheiten oder auch nur eine modulare Einheit vorgesehen sein.
  • Die modularen Einheiten 10, 11 sind jeweils in Form eines eigenständigen Moduls, das als Hochfrequenz-Frontend-Modul bezeichnet wird, als abgeschlossene Funktionseinheit ausgebildet. Die modularen Einheiten 10, 11 weisen jeweils eine Sendeeinrichtung und/oder eine Empfangseinrichtung auf, die hier nicht dargestellt ist und für deren Beschreibung auf die 2 bis 4 verwiesen wird. Die Sendeeinrichtung strahlt elektromagnetische Wellen in Richtung des Objekts ab und die Empfangseinrichtung empfängt die elektromagnetischen Wellen von dem Objekt. Zudem weist jede modulare Einheit 10, 11 eine Vorverarbeitungseinrichtung (nicht dargestellt) auf, die aus den von der Empfangseinrichtung empfangenen elektromagnetischen Wellen Teilbilddaten des Objekts erzeugt und diese an die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 weiterleitet. Die mehreren modularen Einheiten 10, 11 sind in dieser Ausführungsform in gleicher Weise aufgebaut und weisen die gleichen Funktionen auf. In weiteren Ausführungsformen können sich die modularen Einheiten 10, 11 unterscheiden und beispielsweise elektromagnetische Wellen mit unterschiedlicher Frequenz und/oder Polarisation ausgeben.
  • Die modularen Einheiten 10, 11 sind über eine erste Schnittstelle S1 mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 verbunden. Die erste Schnittstelle S1 ist als leitungsgebundene interne Kommunikationsverbindung zwischen den beiden Komponenten ausgebildet. Um mehrere modulare Einheiten 10, 11 mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 zu verbinden, ist die erste Schnittstelle S1 als Bus-System ausgebildet. Bei der leitungsgebundenen Verbindung kann für jede modulare Einheit 10, 11 ein separates Kabel vorgesehen sein oder die Verbindung zu den einzelnen modularen Einheiten 10, 11 wird zumindest teilweise über dasselbe Kabel hergestellt. Die leitungsgebundene Verbindung kann auch durch die jeweiligen modularen Einheiten 10, 11 durchgeschleift werden. Über die erste Schnittstelle S1 werden Messdaten von den modularen Einheiten 10, 11 an die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 übertragen und Steuersignale werden von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 an die Sendeeinrichtung und/oder Empfangseinrichtung der modularen Einheiten 10, 11 übertragen. Zudem werden die modularen Einheiten 10, 11 über die erste Schnittstelle S1 mit Energie aus einer Energieversorgung E, wie nachfolgend beschrieben, versorgt.
  • Für die Funktionsweise der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 und der Bildauswerteeinheit 30 wird auf die Beschreibung zu den 2 und 6 verwiesen. Zwischen der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 und der Bildauswerteeinheit 30 ist eine zweite Schnittstelle S2 vorgesehen, die beispielsweise als Ethernet-Verbindung oder als USB-Verbindung ausgebildet ist. Die Bildauswerteeinheit 30 wird über eine Energieversorgung E mit Energie versorgt und leitet diese über die zweite Schnittstelle S2 an die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 weiter.
  • Zudem weist die Bildauswerteeinheit 30 eine dritte Schnittstelle S3 auf, die als Ausgangs-Schnittstelle fungiert. Die dritte Schnittstelle S3 ist als IO-Link-Schnittstelle oder in anderen Ausführungsformen als Feldbus-Schnittstelle oder als Ethernet-Schnittstelle ausgebildet. Über die dritte Schnittstelle S3 werden Ausgangssignale, die von der Bildauswerteeinheit 30 und gegebenenfalls von der digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 erzeugt werden, ausgegeben. Über die Ausgangs-Schnittstelle können auch Steuersignale und/oder Parameter für die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 und/oder für die Bildauswerteeinheit 30 eingegeben werden.
  • 1a) zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 und die beiden modularen Einheiten 10, 11 in einem gemeinsamen Gehäuse 40 angeordnet sind. Die modularen Einheiten 10, 11 bilden dennoch jeweils unabhängige geschlossene Funktionseinheiten. Jede modulare Einheit 10, 11 ist über die erste Schnittstelle S1, die eine interne Kommunikationsverbindung darstellt, mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 verbunden. Die Bildauswerteeinheit 30 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem separaten Gehäuse 41 angeordnet, wodurch sie räumlich getrennt von der Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 und den modularen Einheiten 10, 11 platziert werden kann. Die Bildauswerteeinheit 30 ist über die als leitungsgebundene Ethernet-Verbindung oder USB-Verbindung ausgebildete zweite Schnittstelle S2 mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 verbunden.
  • 1b) zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 in einem Gehäuse 42 angeordnet ist und jede modulare Einheit 10, 11 in je einem separaten Gehäuse 43, 44 angeordnet sind. Das Gehäuse 43 einer modularen Einheit 10 wird dann mit dem Gehäuse 42 der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 verbunden und das Gehäuse 44 der anderen modularen Einheit 11 wird mit dem Gehäuse 43 der zuvor angeordneten modularen Einheit 10 verbunden. Hierfür weisen die Gehäuse 43, 44 der modularen Einheiten 10, 11 jeweils ein Befestigungselement (nicht gezeigt) auf, mit dem sie an das Gehäuse 42 der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 bzw. an das Gehäuse 43 der zuvor angeordneten modularen Einheit 10 befestigt werden können. Das Gehäuse 42 der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 und die Gehäuse 43, 44 der modularen Einheiten 10, 11 weisen jeweils ein komplementäres Befestigungselement (nicht gezeigt) auf, das mit dem Befestigungselement zusammenwirkt, um eine Befestigung herzustellen. Die Befestigung ist beispielsweise eine Steckverbindung. Die erste Schnittstelle S1 ist hierbei ebenfalls über die Steckverbindung realisiert. Auf diese Weise können beliebig viele modulare Einheiten mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 gekoppelt werden. Wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, ist die Bildauswerteeinheit 30 in einem separaten Gehäuse 41 angeordnet, und es wird diesbezüglich auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
  • 1c) zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, das sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass die Bildauswerteeinheit 30 zusammen mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 (und in diesem Beispiel mit den modularen Einheiten 10, 11) in einem gemeinsamen Gehäuse 45 angeordnet ist. Die Bildauswerteeinheit 30 ist in diesem Beispiel weiterhin als abgeschlossene Funktionseinheit ausgebildet und über die zweite Schnittstelle S2 mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 verbunden. In einem weiteren Beispiel kann die Bildauswerteeinheit 30 auch Teil der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 sein. Durch die Anordnung der Module 10, 11, 20, 30 in einem Gehäuse 45 können diese als ein Bauteil am Einsatzort eingesetzt werden. Die Bildauswerteeinheit 30 kann auch in der Vorrichtung gemäß dem ersten, dem zweiten und dem vierten Ausführungsbeispiel zusammen mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
  • 1 d) zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem eine erste modulare Einheit, wie in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 in einem gemeinsamen Gehäuse 46 angeordnet ist. Eine zweite modulare Einheit 11 ist, wie in Verbindung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, in einem separaten Gehäuse 44 angeordnet und über die Steckverbindung mit dem Gehäuse 46 verbunden.
  • 1 e) zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, bei dem die modulare Bildauswerteeinheit 30 mit zwei digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheiten 20, 21 verbunden ist. Wie in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, ist eine erste digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 mit zwei modularen Einheiten 10, 11 in einem gemeinsamen Gehäuse 40 angeordnet und mit diesen gekoppelt. Analog ist eine zweite digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 21 mit zwei weiteren modularen Einheiten 12, 13 in einem gemeinsamen Gehäuse 47 angeordnet. Die Bildauswerteeinheit 30 empfängt Bilddaten von den beiden digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheiten 20, 21 und wertet die Billdaten in Kombination aus und erzeugt auf deren Basis die Ausgangssignale.
  • Zudem ist eine optische Kamera 50 vorgesehen, die der Bildauswerteeinheit 30 optische Bilddaten des Objekts O bereitstellt. Die Bildauswerteeinheit verwendet die optischen Bilddaten bei der Auswertung der von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 erzeugten Bilddaten. Durch die optischen Bilddaten der optischen Kamera 50 können die Position, die Kontur und die Oberfläche des Objekts bereits im Vorfeld ermittelt werden. Die optische Kamera 50 kann in gleicher Weise auch in den anderen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.
  • In weiteren Ausführungsformen können die Schnittstellen S1, S2 als Verbindung zu einem Rechnernetzwerk, das als Cloud fungiert, ausgebildet sein. In diesem Fall können die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 oder Teile davon im Rechnernetzwerk implementiert sein. Die Schnittstellen S1, S2 und S3 können auch als Funkverbindung ausgebildet sein.
  • In den 2 a) und 2 b) ist jeweils eine Anordnung zweier modularer Einheiten 10, 11 für eine Reflexionsmessung eines Objekts O gezeigt. Nachfolgend wird der Aufbau einer solchen modularen Einheit 10, 11 anhand der ersten modularen Einheit 10 beschrieben: Die erste modulare Einheit 10 ist als Hochfrequenz-Frontend-Modul ausgebildet und weist einen Transceiver 60 und eine Antenneneinheit 61, die zumindest eine nicht gezeigte Antenne umfasst, auf. Der Transceiver 60 ist mit der Antenneneinheit 61 verbunden und stellt dieser ein elektrisches Signal bereit, mit dem die Antenneneinrichtung 61 elektromagnetische Wellen erzeugt. Um die Frequenz vor Ort einzustellen bzw. zu verändern, ist das elektrische Signal des Transceivers 60 steuerbar und kann entsprechend der gewünschten Frequenz ausgegeben werden. Der Transceiver 60 und die Antenneneinheit 61 fungieren somit als Sendeeinrichtung. Die Frequenz der elektromagnetischen Wellen liegt in einem Frequenzbereich von 1 GHz bis 10 THz, also im Mikrowellenbereich oder im Terahertz-Bereich. Die elektromagnetischen Wellen werden von der zumindest einen Antenne in Richtung des Objekts O abgestrahlt. Dort werden die elektromagnetischen Wellen reflektiert oder gestreut und propagieren zurück zur modularen Einheit 10. Die gestreuten bzw. reflektierten elektromagnetischen Wellen werden von der zumindest einen Antenne der Antenneneinheit 61 empfangen und durch den Transceiver 60 in ein messtechnisch erfassbares elektrisches Signal umgewandelt. Hierfür kann der Transceiver 60 das empfangene Signal auf eine niedrige Basisbandfrequenz heruntermischen, wobei auch ein Basisband mit einer Frequenz von 0 Hz möglich ist. Die Antenneneinheit 61 und der Transceiver 60 fungieren somit auch als Empfangseinheit. Das elektrische Signal wird dann über die nicht dargestellte erste Schnittstelle S1 an die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 übertragen und dort verarbeitet. Die Basisbandsignale werden von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 aufbereitet und digitalisiert. Zudem wird ein vorgegebener Algorithmus auf die Basisbandsignale angewendet, durch den ein bildgebendes Verfahren realisiert wird. Es sind hierfür verschiedene Algorithmen zur Bildberechnung bekannt. Beispielsweise kann der Backprojection-Algorithmus verwendet werden. Die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 ist zudem eingerichtet, den Transceiver 60 zu steuern.
  • Die zweiten modulare Einheit 11 ist in dieser Ausführungsform in gleicher Weise aufgebaut und weist die gleichen Komponenten und Funktionen auf. Die Steuerung der zweiten modularen Einheit 11 erfolgt durch die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 auf die vorstehend beschriebenen Weise. In einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform sind die beiden modularen Einheiten 10, 11 unterschiedlich aufgebaut und/oder weisen unterschiedliche Funktionen auf. Beispielsweise können die beiden modularen Einheiten 10, 11 elektromagnetische Wellen mit unterschiedlicher Frequenz und/oder Polarisation ausgeben. In diesem Fall steuert die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit die unterschiedlichen modularen Einheiten 10, 11 entsprechend.
  • In 2 a) sind beide modularen Einheiten 10, 11 auf das Objekt O gerichtet und strahlen jeweils elektromagnetische Wellen auf dieses aus. Die modularen Einheiten 10, 11 sind an unterschiedlichen Positionen angeordnet und weisen unterschiedliche Orientierungen auf. Somit wird das Objekt O durch die modularen Einheiten 10, 11 aus unterschiedlichen Perspektiven aufgenommen. Basierend auf den empfangenen Signalen der beiden modularen Einheiten 10, 11 realisiert die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 das bildgebende Verfahren. Die mehreren Perspektiven führen dabei zu einer verbesserten Bildgebung.
  • In 2 b) sind die beiden modularen Einheiten 10, 11 ebenfalls auf das Objekt gerichtet und auf verschiedenen Seiten des Objekts O angeordnet. In dem dargestellten Fall befindet sich ein Hindernis H zwischen der ersten modularen Einheit 10 und dem Objekt. Das Hindernis H ist für die von der Antenneneinheit 61 der ersten modularen Einheit 10 ausgesendeten elektromagnetischen Wellen undurchdringlich. Die zweite modulare Einheit 11 hat jedoch freie Sicht auf das Objekt O. Somit wird die Messung lediglich von der zweiten modularen Einheit 11 durchgeführt.
  • In den 3 a) und 3 b) sind jeweils eine Anordnung einer modularen Einheit 10 und einer zusätzlichen Randbedingung für eine Reflexionsmessung eines Objekts O gezeigt. Die modulare Einheit 10 entspricht der vorstehend beschriebenen. In 3 a) ist gegenüber der modularen Einheit 10 auf der anderen Seite des Objekts O ein Absorber A angeordnet. Durch den Absorber A werden die elektromagnetischen Wellen, die das Objekt O durchdringen, absorbiert und somit nur die vom Objekt O reflektierten oder gestreuten Wellen von der Antenneneinrichtung 61 empfangen. In 3 b) ist gegenüber der modularen Einheit 10 auf der anderen, der modularen Einheit 10 abgewandten Seite des Objekts O ein Reflektor R angeordnet. Durch den Reflektor R werden die elektromagnetischen Wellen, die das Objekt O durchdringen, reflektiert und durchlaufen nochmals das Objekt O, bevor sie von der Antenneneinrichtung 61 empfangen werden. Dadurch können Ausbreitungseigenschaften im Objekt besser ermittelt werden. Der Absorber A und der Reflektor R können auch nebeneinander angeordnet werden. Die beschriebenen Randbedingungen können für die beschriebenen Ausführungsbeispiele übernommen werden.
  • In der 4 ist eine Anordnung zweier modularer Einheiten 15, 16 für eine Transmissionsmessung eines Objekts O gezeigt. Die erste modulare Einheit 15 ist als Hochfrequenz-Frontend-Modul ausgebildet und weist einen Transceiver 70 und eine Antenneneinheit 71 auf, die zumindest eine nicht gezeigte Antenne umfasst. Anstelle des Transceivers 70 kann bei der Transmissionsmessung auch ein Transmitter in der ersten modularen Einheit 15 vorgesehen sein. Der Transceiver 70 ist mit der Antenneneinheit 71 verbunden und stellt dieser ein elektrisches Signal bereit, mit dem die Antenneneinrichtung 71 elektromagnetische Wellen erzeugt. Um die Frequenz vor Ort einzustellen bzw. zu verändern, ist das elektrische Signal des Transceivers 70 steuerbar und kann entsprechend der gewünschten Frequenz ausgegeben werden. Der Transceiver 70 und die Antenneneinheit 71 fungieren somit als Sendeeinrichtung. Die Frequenz der elektromagnetischen Wellen liegt in einem Frequenzbereich von 1 GHz bis 10 THz, also im Mikrowellenbereich oder im Terahertz-Bereich. Die elektromagnetischen Wellen werden von der zumindest einen Antenne in Richtung des Objekts O abgestrahlt. Dort durchdringen die elektromagnetischen Wellen das Objekt O und gelangen zur anderen Seite.
  • Gegenüber der ersten modularen Einheit 15 ist eine zweite modulare Einheit 16 angeordnet, die ebenfalls als Hochfrequenz-Frontend-Modul ausgebildet ist. Die zweite modulare Einheit 16 weist einen Transceiver 80 und eine Antenneneinheit 81, die zumindest eine nicht gezeigte Antenne umfasst, auf. Anstelle des Transceivers 80 kann bei der Transmissionsmessung auch ein Receiver in der zweiten modularen Einheit 16 vorgesehen sein. Die transmittierten elektromagnetischen Wellen werden von der zumindest einen Antenne der Antenneneinheit 81 empfangen und durch den Transceiver 80 in ein messtechnisch erfassbares elektrisches Signal umgewandelt. Hierfür kann der Transceiver 80 das empfangene Signal auf eine niedrige Basisbandfrequenz heruntermischen, wobei auch ein Basisband mit einer Frequenz von 0 Hz möglich ist. Die Antenneneinheit 81 und der Transceiver 80 fungieren somit auch als Empfangseinheit. Das elektrische Signal wird dann über die in dieser Figur nicht dargestellte erste Schnittstelle S1 an die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 übertragen und dort verarbeitet. Die Basisbandsignale werden von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 aufbereitet und digitalisiert. Zudem wird ein vorgegebener Algorithmus auf die Basisbandsignale angewendet, über den ein bildgebendes Verfahren realisiert wird. Es sind hierfür verschiedene Algorithmen zur Bildberechnung bekannt. Beispielsweise können die Beträge der einzelnen Messpunkte als Pixel interpretiert werden, die so ein Bild ergeben. Die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 ist zudem eingerichtet, die Transceiver 70 und 80 zu steuern.
  • In 5 ist ein Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung an einem Förderband F gezeigt. Auf dem Förderband F bewegen sich mehrere Objekte O, O*, die jeweils von einer Verpackung V umgeben sind, in Laufrichtung L des Förderbands F. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient dazu, die Objekte O, O* durch die Verpackung V hindurch zu prüfen. In diesem Beispiel soll ein falsches Objekt O identifiziert werden. Ein falsches Objekt weist beispielsweise Anomalien auf. In der in 5 dargestellten Situation sind die beiden linken Objekte O* von der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereits geprüft worden, das mittlere Objekt O wird von der erfindungsgemäßen Vorrichtung gerade geprüft und das rechte Objekt O* wird im Anschluss geprüft. Es sind hier fünf modulare Einheiten 10 - 14 vorgesehen, die oberhalb des Förderbands F positioniert sind. Die fünf modularen Einheiten 10 - 14 sind gemäß der ersten Ausführungsform zu 1 a) in einem gemeinsamen Gehäuse 40 mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 angeordnet und in dieser Ausführungsform in gleicher Weise aufgebaut und weisen die gleichen Funktionen auf. Die fünf modularen Einheiten 10 - 14 sind zeilenförmig entlang einer Linie senkrecht zur Laufrichtung L des Förderbands F angeordnet und entgegen der Laufrichtung L orientiert und decken im Wesentlichen die ganze Breite des Förderbands F ab. Das gemeinsame Gehäuse 40 weist an dem Ende, an dem die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 angeordnet ist, an gegenüberliegenden Seiten zwei rohrförmige Befestigungselemente 90 auf. In diese rohrförmigen Befestigungselemente 90 wird je eine Haltestange 91 einer Haltevorrichtung 92 eingeschoben, um die erfindungsgemäße Vorrichtung über dem Förderband F zu positionieren.
  • Die fünf modularen Einheiten 10 -14 werden von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 gemeinsam angesteuert und zwar derart, dass die Einheiten 10 - 14 in zeitlich hintereinander ablaufenden Sequenzen mit einem vorgegebenen zeitlichen Abstand jeweils gleichzeitig entlang der Zeile eine Messung durchführen. Hierfür überträgt die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 ein optionales Referenzsignal zur kohärenten Steuerung der modularen Einheiten 10 - 14 über die erste Schnittstelle S1. Wenn sich das Objekt O in Laufrichtung L des Förderbands F bewegt, misst jedes der fünf modularen Einheiten 10 - 14 bei jeder Sequenz der durchgeführten Messungen einen Messpunkt des Objekts O an unterschiedlichen Positionen in Laufrichtung L. Der räumliche Abstand der Messpunkte resultiert direkt aus der Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts O und dem zeitlichen Abstand der hintereinander durchgeführten Messungen. Da die modularen Einheiten 10 - 14 über die Haltevorrichtung 92 fixiert sind und sich somit nicht bewegen und die Bewegungsrichtung des Objekts O durch die Laufrichtung L des Förderbands F vorgegeben ist, kann direkt die Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts O aus den gemessenen Daten ermittelt werden. Hierfür wird beispielsweise die Dopplerverschiebung oder ein Trackingverfahren eines Streuzentrums des Objekts O verwendet. Die Messungen werden dann, wie nachfolgend in Verbindung mit 6 beschrieben, ausgewertet. Die modularen Einheiten 10 - 14 weisen eine nicht gezeigte Vorverarbeitungseinrichtung auf, mit der aus den gemessenen Daten Teilbilder erstellt werden. Die Teilbilder werden dann an die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 übertragen und dort zu einem Gesamtbild verknüpft.
  • Das Gesamtbild wird über die zweite Schnittstelle S2 an die Bildauswerteeinheit 30 übertragen. Schließlich wertet die Bildauswerteeinheit 30 das Gesamtbild aus und bewertet das Objekt O, O*. Wird das Objekt als nicht zu beanstanden identifiziert, wie es für die beiden linken Objekte O* der Fall ist, können diese wie gewöhnlich weiterverarbeitet werden. Wird das Objekt hingegen als zu beanstanden identifiziert, wie das bei dem gerade untersuchten mittleren Objekt O der Fall ist, wird ein Fehlersignal ausgegeben. Das Objekt O kann dann je nach Situation speziell behandelt werden. Die von der Bildauswerteeinheit erzeugten Ausgangssignale werden über die als IO-Link, Ethernet oder Feldbus ausgebildete Ausgangs-Schnittstelle S3 an ein Ausgabegerät 35, wie z. B. einen PC (z. B. ein Laptop) oder ein mobiles Endgerät (z. B. ein Smartphone oder ein Tablet), ausgegeben.
  • 6 zeigt schematisch den Ablauf eines Messverfahrens für das Anwendungsbeispiel aus 5. Das Objekt O, das durch eine Abdeckung, z. B. die Verpackung V nicht sichtbar ist, soll hier die Form des Buchstabens „D“ haben. Es wird eine Messung entsprechend der dargestellten Messebene 100 durchgeführt. Die fünf modularen Einheiten 10 - 14 sind zeilenförmig in Y-Richtung angeordnet und jede modularen Einheit 10 - 14 führt eine Messung 101 - 105 durch. Die Laufrichtung L des Förderbands F entspricht hierbei der X-Richtung. Mittels der zeitlich hintereinander ablaufenden Sequenz der Messungen 101 - 105 werden eine Vielzahl von Messungen durchgeführt, durch die eine zweite Dimension der Messebene in X-Richtung erreicht wird. Folglich wird eine Vielzahl von Messpunkten erhalten, die in dieser Figur als Striche dargestellt sind und von denen ein beispielhafter Messpunkt mit 106bezeichnet ist. Der Abstand der Messpunkte in Y-Richtung entspricht dem räumlichen Abstand der modularen Einheiten 10 - 14. Der Abstand der Messpunkte in X-Richtung ergibt sich aus dem zeitlichen Abstand der Sequenz der Messungen 101 - 105 und der Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts in Laufrichtung L. Aus den Messungen werden komplexwertige Rohdaten erhalten. Durch eine Vorverarbeitung wird aus den Rohdaten ein Rohdaten-Bild 110 zusammengefügt. Im gezeigten Beispiel ergibt der Messpunkt 106 der Messung einen Pixel im Rohdaten-Bild 110. In der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 werden über einen Algorithmus aus den Rohdaten bzw. dem vorverarbeiteten Rohdaten-Bild Bilddaten des Gesamtbilds berechnet. Ausgehend von einer zweidimensionalen Messung (siehe Messebene 100) können dreidimensionale Bilddaten berechnet werden, wodurch jedem Pixel eine Entfernungsinformation zugeordnet werden kann. Bereits bei der Berechnung der Bilddaten kann eine Anomalieerkennung durch die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 erfolgen.
  • Auf Basis dieser dreidimensionalen Informationen lassen sich geeignete Visualisierungsformen realisieren. In 6 ist beispielsweise eine Schnittdarstellung 120 des Beobachtungsraumes dargestellt. Eine andere Möglichkeit stellt die Projektion der Rauminformationen auf eine vorgegebene Geometrie dar. In weiteren Ausführungsformen werden nur einzelne Schnittbilder an vorgegebenen Positionen erstellt, wodurch sich der Rechenaufwand erheblich reduzieren lässt und der Rechenprozess beschleunigt werden kann.
  • Zur Beschleunigung der Berechnung in der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit 20 und zur Realisierung eines echtzeitfähigen Systems ist die hardwaretechnische Umsetzung von Berechnungen und Berechnungsschritten vorgesehen, beispielsweise durch den Einsatz von Field Programmable Gate Arrays (FPGAs). Außerdem werden hierzu schnelle programmierbare Mikroprozessoren und/oder Grafikprozessoren (GPU) verwendet.
  • Die elektromagnetischen Wellen werden in dieser Ausführungsform mit einer sehr geringen Richtwirkung abgestrahlt und empfangen, weshalb die Fokussierung über den Algorithmus vorgenommen wird. In weiteren Ausführungsformen erfolgt die Abstrahlung und der Empfang der elektromagnetischen Wellen durch die Verwendung von Linsen oder anderen typischen Strahlformungskonzepten der Hochfrequenztechnik bereits fokussiert. In einer weiteren Ausführungsformen ist die Strahlformung und Fokussierung elektronisch über Phasenschieber und/oder Dämpfungsglieder in der Wellenführung einstellbar. Durch die Realisierung einer physikalischen Fokussierung kann der Rechenaufwand zur Bildberechnung deutlich reduziert werden.
  • Anschließend werden die Bilddaten durch die Bildauswerteeinheit 30 ausgewertet (Image postprocessing). Dabei wird zunächst das Objekt O identifiziert 130. In einer Ausführungsform wird eine Machine-Vision-Software, beispielsweise BVS-Cockpit der Balluff GmbH, verwendet, um einem Nutzer zu erlauben, bestimmte Auswerteschritte auf eine einfache Art und Weise durchzuführen. In weiteren Ausführungsformen sind analytische, modellbasierte oder selbstlernende Auswerteverfahren vorgesehen, letztgenannte beispielsweise unter Einsatz von künstlicher Intelligenz. Die Bilddaten können mit Messdaten weiterer Sensoren, beispielsweise der optischen Kamera 50 fusioniert werden. Schließlich werden Ausgangssignale erzeugt, die eine Gut-Schlecht-Auswertung, eine Überprüfung von Sollwerten, eine Klassifizierung von Zuständen oder Ähnliches zulassen. Die Ausgangssignale werden über die Ausgangs-Schnittstelle S3 ausgegeben.

Claims (28)

  1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes von einem Objekt (O, O*) mittels elektromagnetischer Wellen, aufweisend: - eine Sendeeinrichtung, die eingerichtet ist, elektromagnetische Wellen in Richtung des Objekts (O, O*) abzustrahlen; - eine Empfangseinrichtung, die eingerichtet ist, elektromagnetische Wellen von dem Objekt (O, O*) zu empfangen; - eine digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20), die eingerichtet ist, aus den gemessenen Daten Bilddaten des Objekts (O, O*) zu erzeugen; wobei die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung in wenigstens einer modularen Einheit (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) angeordnet sind, wobei die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) eine Schnittstelle (S1) aufweist, über die verschiedene modulare Einheiten (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) auswechselbar mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) koppelbar sind, und wobei die Schnittstelle (S1) eingerichtet ist, Daten an die wenigstens eine modulare Einheit (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) zu übertragen und von dieser zu empfangen, Steuersignale an die Sendeeinrichtung und an die Empfangseinrichtung zu übertragen und die modulare Einheit (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) mit Energie zu versorgen, gekennzeichnet durch eine Bildauswerteeinheit (30), die modular mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit (20) verbunden ist und eingerichtet ist, die von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit (20) erzeugten Bilddaten auszuwerten und daraus Ausgangssignale zu erzeugen und die erzeugten Ausgangssignale auszugeben.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die modulare Einheit (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) eine Vorverarbeitungseinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, aus den empfangenen elektromagnetischen Wellen Teilbilddaten des Objekts (O, O*) zu erzeugen, dass die Schnittstelle (S1) eingerichtet ist, die Teilbilddaten an die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) zu übertragen und dass die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) eingerichtet ist, aus den Teilbilddaten Bilddaten zu erzeugen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) und wenigstens eine modulare Einheit (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) in einem gemeinsamen Gehäuse (40, 45, 46, 47) angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) und wenigstens eine modulare Einheit (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) in verschiedenen Gehäusen (42, 44, 46) angeordnet sind
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die wenigstens eine modulare Einheit (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) Befestigungselemente aufweist, mit dem sie an der digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) und/oder an einer anderen modularen Einheit (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) befestigt werden kann.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine modulare Einheit (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) eine Antenneneinrichtung (61, 71, 81) zum Abstrahlen und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die modulare Einheit (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) einen Transceiver (60, 70, 80) aufweist, der eingerichtet ist, ein elektrisches Signal zur Erzeugung der elektromagnetischen Wellen bereitzustellen und aus den aufgenommenen elektromagnetischen Wellen ein elektrisches Signal zu erstellen.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung eingerichtet ist, elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz oder mit mehreren Frequenzen eines Frequenzbereichs zu emittieren und dass die Empfangseinrichtung eingerichtet ist, die elektromagnetischen Wellen mit der Frequenz bzw. mit den Frequenzen im Frequenzbereich zu empfangen.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung elektromagnetische Wellen in einem Frequenzbereich von 1 GHz bis 10 THz emittiert und dass die Empfangseinrichtung eingerichtet ist, die elektromagnetischen Wellen in diesem Frequenzbereich zu empfangen.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung mehrere Messkanäle aufweisen.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung eingerichtet sind, eine Reflexionsmessung an dem Objekt (O, O*) durchzuführen.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absorber (A) oder ein Reflektor (R) der Sendeeinrichtung gegenüberliegend angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung eingerichtet sind, eine Transmissionsmessung an dem Objekt (O, O*) durchzuführen
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) eingerichtet ist, aus den gemessenen Daten eine Bewegung des Objekts (O, O*) zu ermitteln.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere modulare Einheiten (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) gleichzeitig über die Schnittstelle (S1) mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) koppelbar sind.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren modularen Einheiten (10, 11, 12, 13, 14) zeilenförmig angeordnet sind.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20) eingerichtet ist, die mehreren modularen Einheiten (10, 11, 12, 13, 14) derart anzusteuern, dass diese in zeitlich hintereinander ablaufenden Sequenzen jeweils gleichzeitig eine Messung durchführen.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren modularen Einheiten (10, 11, 15, 16) in unterschiedlichen Orientierungen zu dem Objekt (O, O*) angeordnet sind und die Sendeeinrichtungen die elektromagnetischen Wellen aus unterschiedlichen Richtungen auf das Objekt (O, O*) abstrahlen und dass die Empfangseinrichtungen die elektromagnetischen Wellen aus unterschiedlichen Richtungen vom Objekt (O, O*) empfangen.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Sendeeinrichtungen der mehreren modularen Einheiten (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) elektromagnetische Wellen mit unterschiedlicher Polarisation und/oder in unterschiedlichen Frequenzbereichen abstrahlen und dass die entsprechenden Empfangseinrichtungen der modularen Einheiten (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) die elektromagnetischen Wellen mit der unterschiedlichen Polarisation und/oder in unterschiedlichen Frequenzbereichen empfangen.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20) eingerichtet ist, ein Referenzsignal zur kohärenten Steuerung der modularen Einheiten (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) über die Schnittstelle (S1) an die modularen Einheiten (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) zu übertragen.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die modulare Bildauswerteeinheit (30) mittels einer weiteren Schnittstelle (S2) mit der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) verbunden ist und dass die weitere Schnittstelle (S2) eingerichtet ist, die Bilddaten von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) zu der Bildauswerteeinheit (30) zu übertragen
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die modulare Bildauswerteeinheit (30) mit mehreren digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheiten (20, 21) verbunden ist und eingerichtet ist, jeweils die von der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) erzeugten Bilddaten auszuwerten und daraus Ausgangssignale zu erzeugen und die erzeugten Ausgangssignale auszugeben.
  23. Vorrichtung nach einem der der Ansprüche 1 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (S1) zwischen der modularen Einheit (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) und der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) und/oder die Schnittstelle (S2) zwischen der modularen Bildauswerteeinheit (30) und der digitalen Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) als Verbindung zu einem Rechnernetzwerk ausgebildet sind.
  24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) ausgebildet ist, bei der Erzeugung der Bilddaten Anomalien festzustellen.
  25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) oder die Bildauswerteeinheit (30) eine Ausgangs-Schnittstelle (S3) aufweist, über die die erzeugten Bilddaten und/oder Ausgangssignale ausgegeben werden.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangs-Schnittstelle (S3) als IO-Link-Schnittstelle, Ethernet oder Feldbus-Schnittstelle ausgebildet ist.
  27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) oder die Bildauswerteeinheit (30) ausgebildet ist, aus den Bilddaten ein gleichbleibendes Kennzeichen zu identifizieren und ein Fehlersignal auszugeben, wenn dieses Kennzeichnen nicht mehr identifiziert wird.
  28. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) und/oder die Bildauswerteeinheit (30) mit weiteren Sensoren (50) koppelbar ist und/oder eingerichtet ist, Messdaten von weiteren Sensoren (50) zu erhalten, und die digitale Verarbeitungs- und Steuereinheit (20, 21) und/oder die Bildauswerteeinheit (30) eingerichtet ist, die Messdaten der weiteren Sensoren (50) bei der Auswertung einzubeziehen.
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