DE102021130172A1

DE102021130172A1 - Verfahren zur radargestützten Überwachung eines Bedienbereichs vor einem Gargerät und Gargerät

Info

Publication number: DE102021130172A1
Application number: DE102021130172.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Koenen; Alexander Stefani; Felix KIELMANN
Original assignee: Rational AG
Current assignee: Rational AG
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2023-05-25

Abstract

Ein Verfahren zur radargestützten Überwachung eines Bedienbereichs (32) vor einem Gargerät (10) mit folgenden Schritten: Es wird ein Gargerät (10) mit einer bildgebenden 4D-Radarsensoreinheit (28) bereitgestellt, wobei 4D-Radarsensoreinheit (28) einen Bedienbereich vor dem Gargerät (10) überwacht. Das Gargerät (10) umfasst ferner eine Auswerteeinheit, die mit der 4D-Radarsensoreinheit (28) signalübertragend verbunden ist. Mittels der 4D-Radarsensoreinheit wird wenigstens ein Radardatensatz eines im Bedienbereichs des Gargeräts (10) liegenden Detektionsvolumens aufgenommen. Der aufgenommene Radardatensatz wird an die Auswerteeinheit übermittelt und von dieser ausgewertet, um anhand wenigstens eines Merkmals des aufgenommenen Radardatensatzes zu überprüfen, ob sich ein vorbestimmtes Objekt innerhalb des Detektionsvolumens befindet und/oder eine vorbestimmte Bewegung innerhalb des Detektionsvolumens stattfindet. Die Auswertung des aufgenommenen Radardatensatzes erfolgt entlang wenigstens einer Auswertelinie (40), welche wenigstens teilweise innerhalb des Detektionsvolumens liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur radargestützten Überwachung eines Bedienbereichs vor einem Gargerät sowie ein Gargerät, welches dazu eingerichtet ist, ein solches Verfahren durchzuführen.
Bei dem Gargerät handelt es sich insbesondere um einen sogenannten Kombidämpfer, also ein Gargerät für professionelle Anwendungsbereiche, beispielsweise in Restaurants, Kantinen und der Großgastronomie. Mit dem Gargerät können Nahrungsmittel in Heißluft, Heißdampf oder einer Garraumatmosphäre mit einstellbarem Feuchtigkeitsgehalt und einstellbarer Temperatur gegart werden. Zusätzlich kann auch ein Mikrowellengenerator vorgesehen sein, mit dem Mikrowellenstrahlung erzeugt werden kann, die den Garvorgang im Gargerät unterstützt.
In üblichen Anwendungsszenarien derartiger Gargeräte werden in zeitlich enger Abfolge verschiedene Garvorgänge durchgeführt, wobei insbesondere verschiedene Arten von Gargut hintereinander und/oder gleichzeitig zubereitet werden sollen. Ein möglichst optimaler Betrieb reduziert die Leerzeiten des Gargeräts, das heißt die Zeiten, in denen kein Gargut zubereitet oder wenigstens servierfähig gehalten wird, soweit wie möglich während zugleich mit möglichst geringer Abweichung ein gewünschter Endzustand des jeweiligen Garguts erreicht wird, was auch als Garergebnis bezeichnet wird. Aus diesem Grund ist es von Vorteil Arbeitsschritte in der Bedienung des Gargeräts soweit wie möglich zu automatisieren und damit den Aufwand für einen Benutzer des Gargeräts zu reduzieren.
Es ist bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2015 103 690 A1 , den Bereich vor dem Gargerät kameragestützt zu überwachen und mittels eines Bilderkennungsalgorithmus zu bestimmen, wann ein Einschubblech und/oder ein mit Gargut bestücktes Einschubblech in das Gargerät eingeführt oder aus diesem entfernt wird. Derartige Systeme liefern jedoch nicht unter allen Umgebungsbedingungen, denen ein Gargerät im Alltagsbetrieb ausgesetzt ist, ausreichend zuverlässige Ergebnisse. Insbesondere wird eine kameragestützte Detektion erschwert oder sogar unmöglich gemacht, wenn sich hohe Mengen an Feuchtigkeit, Dampf, Nebel, Rauch und/oder Wrasen in der Umgebung des Gargeräts befinden, beispielsweise beim Öffnen der Garraumtür, um Zugang zum Garraum zu erhalten. Zudem muss das Objektiv bzw. die Linse einer Kamera freiliegend gestaltet werden, um ein Bild empfangen zu können. Dadurch kann das Objektiv beziehungsweise die Linse mit der Zeit verschmutzen, wodurch die Genauigkeit des Systems weiter absinkt und/oder eine regelmäßige Reinigung durchgeführt werden muss.
Um die Leerlaufzeiten eines Gargeräts zu minimieren, ist eine möglichst effiziente Bedienung des Gargeräts durch den Benutzer anzustreben. Gargeräte können über berührungsempfindliche Bedienelemente verfügen, mittels denen der Benutzer Eingaben zum Betreiben des Gargeräts vornimmt, beispielsweise welche Einschübe des Gargeräts aktuell belegt sind, welche Art von Gargut vorliegt und/oder welches Garprogramm zur Zubereitung genutzt werden soll. Auch derartige Bedienelemente können über die Benutzungsdauer des Gargeräts hinweg verschmutzen, beispielsweise durch sich aus der Umgebungsluft und/oder von den Händen des Benutzers ablagernde Fettrückstände, und benötigen daher regelmäßige Reinigung. Wünschenswert ist zudem eine möglichst einfache und intuitive Bedienung, welche es dem Benutzer erlaubt, den gewünschten Garvorgang möglichst rasch zu starten.
Aufgabe der Erfindung ist es, Bedien- und Beladungsvorgänge eines Gargeräts zuverlässig und insbesondere kontaktfrei zu erfassen.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur radargestützten Überwachung eines Bedienbereichs vor einem Gargerät mit folgenden Schritten:

Es wird ein Gargerät mit einer bildgebenden 4D-Radarsensoreinheit bereitgestellt, wobei die 4D-Radarsensoreinheit mehrere Sendeantennen und mehrere Empfangsantennen umfasst und einen Bedienbereich vor dem Gargerät überwacht. Das Gargerät umfasst ferner eine Auswerteeinheit, die mit der 4D-Radarsensoreinheit signalübertragend verbunden ist. Mittels der 4D-Radarsensoreinheit wird wenigstens ein Radardatensatz eines im Bedienbereichs des Gargeräts liegenden Detektionsvolumens aufgenommen, indem mehrere Signale von den Sendeantennen ausgesandt und reflektierte Signale von den Empfangsantennen empfangen werden. Der aufgenommene Radardatensatz wird an die Auswerteeinheit übermittelt und von dieser ausgewertet, um anhand wenigstens eines Merkmals des aufgenommenen Radardatensatzes zu überprüfen, ob sich ein vorbestimmtes Objekt innerhalb des Detektionsvolumens befindet und/oder eine vorbestimmte Bewegung innerhalb des Detektionsvolumens stattfindet. Die Auswertung des aufgenommenen Radardatensatzes erfolgt entlang wenigstens einer Auswertelinie, welche wenigstens teilweise innerhalb des Detektionsvolumens liegt.

Bildgebende 4D-Radarsensoreinheiten sind im Stand der Technik bekannt und basieren auf der Kombination einer dreidimensionalen Bildrekonstruktion in Verbindung mit einer Doppleranalyse.
Der Einsatz einer bildgebenden 4D-Radarsensoreinheit bietet den Vorteil, dass eine zuverlässige Detektion auch bei schwierigen Lichtverhältnissen möglich ist, bis hin zur Messung in vollständiger oder nahezu vollständiger Dunkelheit.
Zudem wird die Qualität des wenigstens einen aufgenommenen Radardatensatzes nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt, wenn in der Umgebung des Gargeräts eine hohe Luftfeuchtigkeit herrscht und/oder Dampf, Nebel, Rauch oder Wrasen vorhanden sind.
Zusätzlich kann die 4D-Radarsensoreinheit hinter einer Blende angeordnet werden, ohne deren Funktionsfähigkeit zu beeinträchtigen. Auf diese Weise kann die Funktionstüchtigkeit der 4D-Radarsensoreinheit sichergestellt werden, selbst wenn sich im laufenden Betrieb des Gargeräts auf der Blende Verschmutzungen ansammeln sollten. Mit anderen Worten sind 4D-Radarsensoreinheiten unempfindlich gegenüber Verschmutzungen.
Insbesondere im Vergleich zu kameragestützten Systemen bietet die Detektion mittels Radarsignalen ferner den Vorteil, dass datenschutzrechtliche Anforderungen an den Betrieb des Gargeräts leichter erfüllt werden können, da keine Bild- und/oder Tonaufnahmen eines Benutzers des Gargeräts erstellt, ausgewertet und/oder gespeichert werden müssen.
Die Auswertung des aufgenommenen Radardatensatzes innerhalb der Auswerteeinheit kann entsprechend eines Algorithmus vorgenommen werden, wie er beispielsweise in Zhu, R. et al: „Interpolation-free method for near-field cross MIMo array imaging“, Electronic Letters, 2018, Vol. 54(14), pp. 890-892 beschrieben ist.
Die wenigstens eine Auswertelinie ist erfindungsgemäß eine „virtuelle“ Auswertelinie, die von der Auswerteeinheit im Rahmen der Analyse des aufgenommenen Radardatensatzes festgelegt und genutzt wird. Somit entspricht die Auswertung des Radardatensatzes einer Bestimmung eines Rückstreuprofils entlang der Auswertelinie im realen Raum. Mit anderen Worten stellt die Auswertelinie eine Möglichkeit dar, sozusagen innerhalb des aufgenommenen Radardatensatzes eine lokale Reflektion zu bestimmen und auf einen ausgewählten Bereich zu „fokussieren“.
Die wenigstens eine Auswertelinie kann in einer Auswerteebene liegen, welche wenigstens teilweise innerhalb des Detektionsvolumens liegt. Insbesondere liegen in der Auswerteebene mehrere Auswertelinien, die parallel zueinander verlaufen. Auf diese Weise kann an verschiedenen Positionen entlang einer Höhenrichtung und/oder einer Querrichtung des Detektionsbereichs das vorbestimmte Objekt oder die vorbestimmte Bewegung bestimmt und die Ergebnisse miteinander verglichen werden. Auf diese Weise kann die räumliche Auflösung erhöht und die Robustheit der Bestimmung verbessert werden.
Insbesondere kann sich über die mehreren Auswertelinien ein Raster ergeben, das für die Detektion herangezogen wird.
Bevorzugt verläuft die wenigstens eine Auswertelinie parallel zu einer Einschubebene des Gargeräts. Mit anderen Worten verläuft die Auswertelinie parallel zu einer Ebene, in welcher zu erwarten ist, dass der Benutzer des Gargeräts einen Garraum des Gargeräts mit Gargut bestücken wird, insbesondere mittels eines Gargutträgers, beispielsweise eines Einschubblechs.
Die Auswerteebene entspricht somit insbesondere der Einschubebene.
Sofern das Gargerät über mehrere Einschubebenen verfügt, können mehrere Auswerteebenen vorgesehen sein, insbesondere entsprechend der Anzahl der Einschubebenen.
Die Polarisation des von der 4D-Radarsensoreinheit erzeugten elektrischen Feldes ist vorzugsweise horizontal, wobei der Begriff „horizontal“ hier insbesondere die Ausrichtung der Einschubebene beschreibt. Auf diese Weise wird die Rückstreuung von Objekten innerhalb der Einschubebene maximiert, insbesondere da die Rückstreuung durch Kanten eines Gargutträgers besonders stark ist.
Das vorbestimmte Objekt ist insbesondere ein Gargutträger, beispielsweise ein Einschubblech. Mittels des Gargutträgers kann das zuzubereitende Gargut in das Gargerät zur Zubereitung eingeführt und, insbesondere nach abgeschlossenem Garvorgang, wieder aus diesem entfernt werden. Zur automatisierten Verarbeitung von Beladungs- und Entladungsvorgängen des Gargeräts ist es daher besonders vorteilhaft, derartige Gargutträger zuverlässig und automatisiert zu erkennen.
Die Auswerteeinheit verfügt bevorzugt über ein Mustererkennungsmodul, welches anhand des aufgenommenen Radardatensatzes beziehungsweise anhand des aus dem Radardatensatz entlang der Auswertelinie ermittelten Rückstreuprofils das wenigstens eine Merkmal bestimmt.
Beispielsweise erkennt das Mustererkennungsmodul die Kanten des Gargutträgers als charakteristisches Merkmal. Auf diese Weise wird zugleich zuverlässig ein Beladungsbereich des Gargutträgers bestimmt, welcher sich zwischen den Kanten des Gargutträgers erstreckt und für die Aufnahme von Gargut bestimmt ist.
In einer besonders bevorzugten Variante umfasst das wenigstens eine Merkmal des aufgenommenen Radardatensatzes ein Merkmal eines sich auf dem Gargutträger befindlichen Garguts.
Das Merkmal des Garguts ist beispielsweise dessen Anwesenheit auf dem Gargutträger und/oder dessen Position auf dem Gargutträger, insbesondere innerhalb des Beladungsbereichs des Gargutträgers.
Alternativ oder zusätzlich kann das Merkmal des Garguts dessen Kaliber sein. Das Kaliber stellt eine wichtige Regelgröße für vom Gargerät durchgeführte Garverfahren dar, sodass eine automatisierte Bestimmung des Kalibers während des Einschubvorgangs besonders wünschenswert ist und eine automatische Anpassung des Garprogramms ermöglicht.
Ferner kann die Art des Garguts bestimmt werden. Beispielsweise wird im Einsatz des Gargeräts für Bäckereiprodukte zwischen Semmeln und Brezeln unterschieden.
Das Mustererkennungsmodul verfügt insbesondere über eine Einheit zum maschinellen Lernen, welche mittels eines Trainingsdatensatzes trainiert wurde, in welchem Informationen zu üblichen Gargütern und deren Merkmalen innerhalb eines mittels der 4D-Radarsensoreinheit aufgenommenen Radardatensatzes enthalten sind. Auf diese Weise ist eine besonders zuverlässige und automatisierte Bestimmung der Art des Garguts möglich.
Insbesondere kann der Trainingsdatensatz auf den angedachten Einsatzort des Gargeräts und die angedachten zuzubereitenden Gargüter abgestimmt werden.
Besonders bevorzugt wird das Mustererkennungsmodul eingesetzt, wenn zumindest auch die Art des Garguts automatisiert bestimmt werden soll.
Die räumliche Auflösung entlang der Auswertelinie, das heißt die räumliche Auflösung des Rückstreuprofils entlang der Auswertelinie kann 5 cm oder weniger betragen, insbesondere 1 cm oder weniger. Eine solche Auflösung ist in kommerziell verfügbaren 4D-Radarsensoreinheiten routinemäßig erreichbar und ist ausreichend, um übliche Gargutträger, Gargüter und Bewegungen innerhalb des Detektionsbereichs zu bestimmen.
Werden mehrere Auswertelinien innerhalb einer Auswerteebene genutzt, kann der Abstand der Auswertelinien zueinander ebenfalls 5 cm oder weniger betragen, insbesondere 1 cm oder weniger.
Bevorzugt werden mehrere zeitlich aufeinanderfolgender Radardatensätze des Detektionsvolumens in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand voneinander aufgenommen. Insbesondere findet eine periodisch wiederkehrende Aufnahme von Radardatensätzen statt. Auf diese Weise können Bewegungsvorgänge innerhalb des Detektionsvolumens erkannt werden, beispielsweise ein Einführen eines Gargutträgers in das Gargerät oder eine Handbewegung des Benutzers des Gargeräts.
Entsprechend kann das wenigstens eine Merkmal des aufgenommenen Radardatensatzes auch eine Veränderung zwischen den zeitlich aufeinanderfolgenden Radardatensätzen sein.
Bevorzugt wird innerhalb jedes der aufeinanderfolgenden Radardatensätze ein charakteristisches Merkmal bestimmt, welches als Normierungspunkt genutzt wird, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis durch konstruktive Überlagerung der ermittelten Rückstreuprofile zu verbessern.
Als charakteristisches Merkmal für diesen Zweck eignet sich insbesondere eine Kante des Gargutträgers.
In einer weiteren Variante erfolgt innerhalb des Detektionsvolumens eine Gestenerkennung, wobei beim Auswerten des aufgenommenen Radardatensatzes eine Handbewegung eines Benutzers des Gargeräts erkannt wird. In dieser Variante ist eine kontaktlose Bedienung des Gargeräts durch den Benutzer möglich, wobei die gleiche 4D-Radarsensoreinheit zum Einsatz kommen kann, die auch für die Einschuberkennung genutzt wird.
Insbesondere umfasst oder ist das Detektionsvolumen somit ein Steuervolumen, welches beispielsweise vor einem Bedienfeld des Gargeräts angeordnet ist.
Über die Gestenerkennung werden insbesondere charakteristische Handbewegungen des Benutzers erfasst und in der Auswerteeinheit zu einem Steuersignal für das Gargerät umgewandelt. Beispielsweise wird eine Drehbewegung der Hand des Benutzers in ein Steuersignal umgewandelt, welches dem Drehen eines physischen Drehknopfs entspricht.
Innerhalb des Steuervolumens können mehrere Auswertelinien vorgesehen sein, die so zueinander ausgerichtet sind, dass sie die Gestalt eines Fadenkreuzes bilden. Über die Ausbildung der Auswertelinien als Fadenkreuz ist sichergestellt, dass eine Drehbewegung innerhalb des Fadenkreuzes erkannt werden kann, beispielsweise die Drehbewegung der Hand des Benutzers.
Es können auch mehrere dieser Fadenkreuze verwendet werden, wobei sich die Fadenkreuze in unterschiedlichem Abstand zu einer Frontseite des Gargeräts befinden. Auf diese Weise sind Gesten des Benutzers erkennbar, die als charakteristische Handbewegung einer Druckbewegung entsprechen. Eine derartige Druckbewegung wird beispielsweise in ein Steuersignal für das Gargerät umgewandelt, das dem Drücken eines Knopfes oder einer Auswahlfläche entspricht. Dies entspricht einer Bestätigung.
In der Auswerteeinheit können in einem Trainingsmodus des Gargeräts auch benutzerdefinierte Handbewegungen hinterlegt werden, welche anschließend mittels des Mustererkennungsmoduls innerhalb des Steuervolumens erkannt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung wird des Weiteren gelöst durch ein Gargerät mit einer bildgebenden 4D-Radarsensoreinheit und einer Auswerteeinheit, die mit der 4D-Radarsensoreinheit signalübertragend verbunden ist. Die 4D-Radarsensoreinheit umfasst mehrere Sendeantennen und mehrere Empfangsantennen, wobei die 4D-Radarsensoreinheit eingerichtet ist, einen Bedienbereich vor dem Gargerät zu überwachen. Das Gargerät ist dazu eingerichtet, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Die Vorteile und Eigenschaften des zuvor beschriebenen Verfahrens gelten ebenso für das erfindungsgemäße Gargerät und umgekehrt und es wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, welche nicht in einem einschränkenden Sinn verstanden werden sollen, sowie aus den Zeichnungen. In diesen zeigen:

- 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Gargeräts,
- 2 eine Seitenansicht des Gargeräts aus 1,
- 3 eine erste perspektivische Ansicht des Gargeräts aus 1,
- 4 beispielhafte Rückstreuprofile, die mittels des Gargeräts aus 1 ermittelt wurden,
- 5 eine zweite perspektivische Ansicht des Gargeräts aus 1,
- 6 ein Blockschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur radargestützten Überwachung eines Bedienbereichs vor dem Gargerät aus 1, und
- 7 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gargeräts.

In 1 ist schematisch eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Gargeräts 10 dargestellt.
Das Gargerät 10 ist für den Profieinsatz in Restaurants, Kantinen, Großküchen und der Großgastronomie vorgesehen. Es kann sich hier beispielsweise um einen Kombidämpfer handeln, der unterschiedliche Speisen mit Heißluft und/oder Heißdampf zubereiten kann. Zusätzlich kann das Gargerät 10 eine (hier nicht dargestellte) Mikrowellenquelle zum Zubereiten von Lebensmitteln mittels Mikrowellen aufweisen.
Das Gargerät 10 verfügt über einen Garraum 12, in dem mehrere Einschübe 14 vorgesehen sind. In die Einschübe 14 können von einem (nicht dargestellten) Benutzer des Gargeräts 10 Gargutträger, bspw. Einschubbleche, eingeschoben werden, um Gargut, das zubereitet werden soll, in den Garraum 12 einzuführen und nach dem Garvorgang wieder aus dem Garraum 12 zu entfernen.
Wie in 1 zu erkennen, sind entlang einer Höhenrichtung H des Gargeräts 10 eine Vielzahl von Einschüben 14 vorgesehen, in der gezeigten Ausführungsform insgesamt fünf Einschübe 14. Es versteht sich, dass eine höhere oder geringere Anzahl an Einschüben 14 vorhanden sein kann.
Der Garraum 12 ist mittels einer Garraumtür 16 verschlossen, die über ein Türbedienelement 18, beispielsweise einen Griff, vom Benutzer manuell geöffnet bzw. geschlossen werden kann.
Bei dem gezeigten Gargerät 10 handelt es sich um ein sogenanntes Standgerät, welches mittels Standfüßen 20 auf dem Boden aufgestellt ist. Grundsätzlich kann das Gargerät 10 jedoch auch ein Tischgerät sein.
Das Gargerät 10 verfügt über eine Bedieneinheit 22, die über ein berührungsempfindliches Display 24 sowie über ein Kontrollelement 26, speziell einen Drehknopf, verfügt. Über die Bedieneinheit 22 kann das Gargerät 10 vom Benutzer gesteuert werden, beispielsweise indem ein Garprogramm ausgewählt und ein Garvorgang gestartet werden kann. Zusätzlich kann der Benutzer Informationen zum auf dem jeweiligen Einschub 14 vorhandenen Gargut über die Bedieneinheit 22 eingeben, welche im Garvorgang berücksichtigt werden. Eine derartige Information ist beispielsweise das Kaliber und die Art des Garguts.
Zusätzlich verfügt das Gargerät 10 über eine bildgebende 4D-Radarsensoreinheit 28, die in der gezeigten Ausführungsform auf einer Oberseite 30 des Gargeräts 10 etwa mittig über der Garraumtür 16 angeordnet ist.
Die 4D-Radarsensoreinheit 28 verfügt über mehrere Sendeantennen sowie über mehrere Empfangsantennen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht im Einzelnen dargestellt sind. Die Sendeantennen und Empfangsantennen bilden ein MIMO-Antennenarray (für engl. „Multiple Input Multiple Output“).
Die 4D-Radarsensoreinheit 28 ist dazu eingerichtet, einen Bedienbereich 32 zu überwachen, der sich von einer Vorderseite 34 des Gargeräts 10 weg entlang einer Längenrichtung L erstreckt und in 1 und 2 mittels Punktlinien angedeutet ist.
Wie in 1 zu erkennen ist, deckt der Bedienbereich 32 sowohl den Bereich vor der Garraumtür 16 ab als auch wenigstens teilweise den Bereich vor der Bedieneinheit 22.
Die genaue Gestalt und Ausdehnung des Bedienbereichs 32 kann auch größer, kleiner und/oder anders geformt sein als in 1 und 2 dargestellt und richtet sich insbesondere danach, welche Vorgänge, Objekte und Bereiche des Gargeräts 10 von der 4D-Radarsensoreinheit 28 überwacht werden sollen.
Soll ausschließlich eine automatisierte Einschubdetektion vorgenommen werden, kann der Bedienbereich 32 beispielsweise ausschließlich auf den Bereich vor der Garraumtür 16 beschränkt sein.
Die 4D-Radarsensoreinheit 28 ist signalübertragend mit einer Auswerteeinheit 36 verbunden, sodass von der 4D-Radarsensoreinheit 28 aufgenommene Radardatensätze zur Auswerteeinheit 36 übermittelt werden können.
Die Verbindung zwischen der 4D-Radarsensoreinheit 28 und der Auswerteeinheit 36 erfolgt drahtgebunden oder drahtlos.
Die Auswerteeinheit 36 ist dazu eingerichtet, den Radardatensatz bzw. die Radardatensätze auszuwerten, der bzw. die von der 4D-Radarsensoreinheit 28 übertragen wurde(n), wie folgend noch näher erläutert werden wird.
Ferner verfügt in der gezeigten Ausführungsform die Auswerteeinheit 36 über ein Mustererkennungsmodul 38. Das Mustererkennungsmodul 38 ist dazu eingerichtet, Muster innerhalb eines Radardatensatzes zu erkennen und einem vorbestimmten Objekt oder einer vorbestimmten Bewegung zuzuordnen.
Die Auswerteeinheit 36 ist mit der Bedieneinheit 22 signalübertragend verbunden, sodass die Bedieneinheit 22 auf die mittels der Auswerteeinheit 36 gewonnenen Informationen zurückgreifen bzw. basierend auf diesen den Betrieb des Gargeräts 10 anpassen kann.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Gargeräts 10 und ein erfindungsgemäßes Verfahren zur radargestützten Überwachung des Bedienbereichs 32 vor dem Gargerät 10 erläutert.
Zunächst wird das Gargerät 10 bereitgestellt (Schritt S1 in 6).
Anschließend wird mittels der 4D-Radarsensoreinheit 28 wenigstens ein Radardatensatz eines Detektionsvolumens des Bedienbereichs 32 aufgenommen (Schritt S2 in 6).
Der Radardatensatz wird dadurch erzeugt, dass mehrere Signale von den Sendeantennen der 4D-Radarsensoreinheit 28 ausgesandt und von einem Objekt reflektierte Signale von den Empfangsantennen der 4D-Radarsensoreinheit 28 empfangen werden.
Das Detektionsvolumen kann dem gesamten Bedienbereich 32 entsprechen oder lediglich ein ausgewählter Teilbereich des Bedienbereichs 32 sein, beispielsweise ein Teilbereich, der sich von der Vorderseite 34 im Bereich der Garraumtür 16 entlang der Längenrichtung L erstreckt.
Insbesondere kann das Detektionsvolumen auf einen bestimmten Teilbereich des Bedienbereichs 32 eingeschränkt werden, wenn eine Bedienung oder eine Beladung erkannt werden soll. Dies kann entsprechend gesteuert werden, insbesondere in automatischer Weise. Beispielsweise wird bei geöffneter Garraumtür 16 der Teilbereich so gewählt, dass ein Beschicken des Garraums 12 erkannt wird. Sofern das Gargerät 10, insbesondere die Bedieneinheit 22, eine Eingabe erwartet, kann das Detektionsvolumen auf einen anderen Teilbereich eingeschränkt werden. Dies kann automatisch erfolgen.
Es kann sich also eine automatische, situative Einschränkung des Detektionsvolumens ergeben. Hierdurch wird eine Störung bei der Detektion verringert bzw. vermieden, da das Detektionsvolumen entsprechend eingeschränkt ist.
Der aufgenommene Radarsatz wird anschließend von der 4D-Radarsensoreinheit 28 an die Auswerteeinheit 36 übermittelt (Schritt S3 in 6).
Bevorzugt nimmt die 4D-Radarsensoreinheit 28 mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Radardatensätze des Detektionsvolumens in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand voneinander auf, die jeweils an die Auswerteeinheit 36 übermittelt werden. Insbesondere erfolgt eine periodische Aufnahme von Radardatensätzen.
Die Auswerteeinheit 36 wertet den wenigstens einen aufgenommenen und übermittelten Radardatensatz aus, um anhand wenigstens eines Merkmals des Radardatensatzes zu überprüfen, ob sich ein vorbestimmtes Objekt innerhalb des Detektionsvolumens befindet und/oder eine vorbestimmte Bewegung innerhalb des Detektionsvolumens stattfindet (Schritt S4 in 6).
Zu diesem Zweck erfolgt die Auswertung des jeweiligen Radardatensatzes in der Auswerteeinheit 36 entlang wenigstens einer Auswertelinie 40, die sich wenigstens teilweise innerhalb des Detektionsvolumens befindet.
In 2 sind schematisch einige Auswertelinien 40 als gestrichelte Linie dargestellt, wobei jede der Auswertelinien 40 einem der Einschübe 14 zugeordnet ist und jeweils parallel zu einer Einschubebene des Gargeräts 10 verläuft.
Mit anderen Worten befindet sich auf jeder Höhe entlang einer Höhenrichtung H des Gargeräts 10, auf welcher der Benutzer des Gargeräts 10 ein Gargutträger in das Gargerät 10 einführen kann, auch eine Auswertelinie 40.
Es versteht sich, dass auch weniger oder mehr Auswertelinien 40 vorgesehen sein können und dass diese auch quer durch das Detektionsvolumen bzw. den Bedienbereich 32 verlaufen können.
Da die Auswertelinien 40 lediglich „virtuell“ in der Auswerteeinheit 36 im Rahmen der Auswertung des übermittelten Radardatensatzes definiert werden, ist jederzeit eine flexible Anpassung der Anzahl und des Verlaufs der Auswertelinien 40 möglich, um eine optimale Erkennung eines vorbestimmten Objekts oder einer vorbestimmten Bewegung zu ermöglichen.
In 3 ist das Gargerät 10 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt, in welcher ersichtlich wird, dass die Auswertelinien 40 in Auswerteebenen 42 liegen, wobei in jeder der Auswerteebenen 42 mehrere parallel zueinander verlaufende Auswertelinien 40 vorliegen.
Anhand der Auswerteebenen 42 ist eine besonders genaue Überwachung des Detektionsbereichs möglich, da der Detektionsbereich engmaschig überwacht werden kann.
In 4 sind beispielhafte Rückstreuprofile der Radarrückstreuung R gezeigt, wie sie entlang einer der Auswertelinien 40 aus dem Radardatensatz erhalten werden können.
Der obere Verlauf in 4 entspricht einer Auswertelinie 40, auf welcher sich kein rückstreuendes Objekt befindet, sodass sich lediglich ein Rauschsignal bestimmen lässt.
Der mittlere Verlauf in 4 zeigt den Fall, dass sich ein leerer Gargutträger entlang der Auswertelinie 40 befindet. Wie zu erkennen ist, erzeugen die Kanten des Gargutträgers jeweils eine charakteristische Rückstreuung 44. Zwischen den beiden charakteristischen Rückstreuungen 44 ist ein Verlauf erkennbar, der im Wesentlichen dem Rauschsignal entspricht.
Auf diese Weise kann die Auswerteeinheit 36 mittels der charakteristischen Rückstreuungen 44 erkennen, dass der Gargutträger vom Benutzer entlang der Auswertelinie 40 gehalten wird, üblicherweise um dieses in den Garraum 12 des Gargeräts 10 einzuführen oder aus diesem zu entfernen. Gleichzeitig kann erkannt werden, dass sich auf dem Gargutträger kein Gargut befindet, da sich zwischen den charakteristischen Rückstreuungen 44 keine weiteren Signale befinden.
Der untere Verlauf in 4 stellt den Fall dar, dass sich ein Gargutträger entlang der Auswertelinie 40 befindet, auf dem sich zusätzlich Gargut befindet. Daher zeigen sich, neben den charakteristischen Rückstreuungen 44 des Gargutträgers, für das Gargut charakteristische Rückstreuungen 46, 48 und 50.
Die räumliche Auflösung entlang der Auswertelinie 40 muss für eine solche Erkennung ausreichend fein sein, um die zu erwartenden Gargüter identifizieren zu können. Beispielsweise beträgt die räumliche Auflösung 5 cm oder weniger, insbesondere 1 cm oder weniger.
Mithilfe des Mustererkennungsmoduls 38 ist es der Auswerteeinheit 36 bevorzugt möglich, anhand der charakteristischen Rückstreuungen 46, 48 und 50 nicht nur die Anwesenheit und Position des jeweiligen Garguts, sondern zusätzlich auch wenigstens eine weitere Eigenschaft zu bestimmen, beispielsweise die Art und/oder das Kaliber des Garguts.
Zu diesem Zweck verfügt das Mustererkennungsmodul 38 über eine Einheit zum maschinellen Lernen, die mittels eines Trainingsdatensatzes trainiert worden ist, der Informationen über charakteristische Signale üblicher Gargüter enthält.
Alternativ kann die Auswertung des Radardatensatzes als Differenzauswertung stattfinden. In diesem Fall bestimmt die Auswerteeinheit 36 die Differenz zwischen den Messergebnissen wie sie entlang einer Auswertelinie 40 erhalten werden, entlang der sich aktuell kein Objekt befindet, das heißt es wird ein Verlauf wie der obere Verlauf aus 4 erhalten, und dem aktuellen Verlauf entlang der Auswertelinie 40.
Zu diesem Zweck kann ein Basisrückstreuprofil in der Auswerteeinheit 36 hinterlegt werden, welches zur Differenzberechnung herangezogen wird, und welches beispielsweise mittels einer Kalibrierung bei der erstmaligen Inbetriebnahme des Gargeräts 10 bestimmt wurde.
Auch ist es vorteilhaft möglich, mehrere zeitlich voneinander beabstandete Radardatensätze aufzunehmen, um auf diese Weise Bewegungen zu erkennen, die sich im Rückstreuprofil entlang wenigstens einer der Auswertelinien 40 äußern.
Somit ist es auf einfache Art beispielsweise möglich zu bestimmen, ob das Einschubblech gerade aus dem Garraum 12 entfernt oder in dieses eingeschoben wird.
Die Auswerteeinheit 36 kann zudem die Auflösung des Rückstreuprofils weiter verbessern, indem aus mehreren zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Radardatensätzen gewonnene Rückstreuprofile anhand wenigstens einer der charakteristischen Merkmale normiert bzw. „ausgerichtet“ werden, insbesondere anhand wenigstens einer der charakteristischen Rückstreuungen 44 des Gargutträgers.
Wie in 1 gezeigt, weist der Bedienbereich 32 eine Ausdehnung auf, die wenigstens teilweise das Volumen vor dem Bedieneinheit 22 umfasst.
Zusätzlich zu den Auswertelinien 40, welche wie zuvor beschrieben für die Einschubdetektion genutzt werden, ist es daher möglich, wenigstens eine Auswertelinie 52 zur Gestenerkennung zu nutzen, wie in 5 dargestellt, also zur Erkennung einer Steuerung des Gargeräts 10.
Die Auswertelinien 52 sind innerhalb eines Steuervolumens des Bedienbereichs vorgesehen, wobei sich das Steuervolumen ausgehend von der Bedieneinheit 22 entlang der Längenrichtung L von der Vorderseite 34 des Gargeräts 10 weg erstreckt.
Mit anderen Worten kann eine Handbewegung des Benutzers, die im Steuervolumen stattfindet, auf Basis des Radardatensatzes erkannt werden.
Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn die Auswertung des Radardatensatzes für das Steuervolumen anhand mehrerer Auswertelinien 52 erfolgt, welche so zueinander ausgerichtet sind, dass sie ein oder mehrere Fadenkreuze bilden, wie in 5 gezeigt. Auf diese Weise ist es möglich, auch komplexe Handbewegungen des Benutzers zuverlässig zu erfassen.
Insbesondere werden mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Radardatensätze in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand voneinander aufgenommen, um so die Handbewegung des Benutzers zu erkennen, insbesondere eine Bewegungsrichtung der Hand.
Bei der Auswertung der Radardatensätze wird demnach die durch die Handbewegung hervorgerufene Veränderung der Reflexion im Steuervolumen als Merkmal herangezogen, um so die Bewegung zu erkennen.
Das Steuervolumen entspricht also dem Detektionsvolumen, sofern eine Steuerungsbewegung des Bedieners erkannt werden soll. Grundsätzlich stellt das Steuervolumen somit einen bestimmten Teilbereich des Bedienbereichs 32 dar.
Grundsätzlich lassen sich so Bewegungen der Hand auf das Gargerät 10 hin bzw. eine Drehbewegung der Hand detektiert werden, sodass eine Drehbetätigung eines virtuellen Steuerknopfes bzw. eine Bestätigung (lineare Bewegung auf das Gargerät 10) des virtuellen Steuerknopfes mittels Gestensteuerung realisieren lässt.
Über die Drehbewegung der Hand kann der Benutzer also eine Einstellung auswählen und dann über die lineare Bewegung, beispielsweise eine auf das Gargerät 10 gerichtete Bewegung, die entsprechende Auswahl bestätigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie das erfindungsgemäße Gargerät 10 ermöglichen eine kontaktfreie und zuverlässige Detektion von Objekten sowie von Bewegungen innerhalb des Bedienbereichs des Gargeräts 10.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gargeräts in einer Vorderansicht analog zu 1.
Die weitere Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der zuvor beschriebenen Ausführungsform, sodass im Folgenden lediglich auf Unterschiede eingegangen wird. Gleiche und gleichwirkende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und es wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
In der Ausführungsform nach 1 erstreckt sich die 4D-Radarsensoreinheit 28 über eine Strecke, die einer Teilbreite des Garraums 12 bzw. einer Teilbreite der Garraumtür 16 entlang einer Querrichtung Q entspricht, welche senkrecht zur Längenrichtung L ist.
In der weiteren Ausführungsform nach 7 erstreckt sich die 4D-Radarsensoreinheit 28 hingegen entlang der Querrichtung Q über eine Strecke, die der Gesamtbreite des Garraums 12 bzw. der Gesamtbreite der Garraumtür 16 entlang der Querrichtung Q entspricht.
Mit anderen Worten erstreckt sich die 4D-Radarsensoreinheit 28 über die Gesamtbreite des Garraums 12 bzw. die gesamte Breite der Garraumtür 16.
Auf diese Weise kann die 4D-Radarsensorheit 28 einfacher und noch zuverlässiger den Bedienbereich 32 überwachen, sodass insbesondere die Erkennung von Gargut weiter verbessert wird.
Die Gestalt und Größe der 4D-Radarsensoreinheit 28 sowie deren relative Anordnung auf bzw. im Gargerät 10 kann vielfältig ausgestaltet sein, sofern der gewünschte Bedienbereich 32 von der 4D-Radarsensoreinheit 28 zuverlässig überwacht werden kann.
Beispielsweise kann sich die 4D-Radarsensoreinheit 28 auch über die gesamte Breite des Gargeräts 10 entlang der Längenrichtung L erstrecken.
Auch ist es möglich, dass die 4D-Radarsensoreinheit 28 derart ausgestaltet ist, dass das Detektionsvolumen eine Breite hat, welche der Gesamtbreite des Garraums 12 bzw. der gesamten Breite der Garraumtür 16 entspricht, wobei sich die 4D-Radarsensoreinheit 28 lediglich über eine Teilbreite des Garraums 12 bzw. eine Teilbreite der Garraumtür 16 erstreckt.
Grundsätzlich kann sich die 4D-Radarsensoreinheit 28 auch über die Gesamtbreite des Gargeräts 10 erstrecken bzw. das Detektionsvolumen der 4D-Radarsensoreinheit 28 eine Breite aufweisen, welche der Gesamtbreite des Gargeräts 10 entspricht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015103690 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur radargestützten Überwachung eines Bedienbereichs (32) vor einem Gargerät (10), mit folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Gargeräts (10) mit einer bildgebenden 4D-Radarsensoreinheit (28), die mehrere Sendeantennen und mehrere Empfangsantennen umfasst, sowie einer Auswerteeinheit (36), die mit der 4D-Radarsensoreinheit (28) signalübertragend verbunden ist, wobei die 4D-Radarsensoreinheit (28) einen Bedienbereich (32) vor dem Gargerät (10) überwacht, - Aufnehmen wenigstens eines Radardatensatzes eines im Bedienbereich (32) des Gargeräts (10) liegenden Detektionsvolumens mittels der 4D-Radarsensoreinheit (28), indem mehrere Signale von den Sendeantennen ausgesandt und reflektierte Signale von den Empfangsantennen empfangen werden, - Übermitteln des aufgenommenen Radardatensatzes an die Auswerteeinheit (36), und - Auswerten des aufgenommenen Radardatensatzes mittels der Auswerteeinheit (36), um anhand wenigstens eines Merkmals des aufgenommenen Radardatensatzes zu überprüfen, ob sich ein vorbestimmtes Objekt innerhalb des Detektionsvolumens befindet und/oder eine vorbestimmte Bewegung innerhalb des Detektionsvolumens stattfindet, wobei die Auswertung des aufgenommenen Radardatensatzes entlang wenigstens einer Auswertelinie (40, 52) erfolgt, welche wenigstens teilweise innerhalb des Detektionsvolumens liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Auswertelinie (40, 52) in einer Auswerteebene (42) liegt, welche wenigstens teilweise innerhalb des Detektionsvolumens liegt, insbesondere wobei in der Auswerteebene (42) mehrere Auswertelinien (40, 52) liegen, die parallel zu einander verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wenigstens eine Auswertelinie (40) parallel zu einer Einschubebene des Gargeräts (10) verläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die räumliche Auflösung entlang der Auswertelinie (40, 52) bei der Auswertung des aufgenommenen Radardatensatzes 5 cm oder weniger beträgt, insbesondere 1 cm oder weniger.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Radardatensätze des Detektionsvolumens in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand voneinander aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden Radardatensätze derart ausgewertet werden, dass eine Bewegungsrichtung des vorbestimmten Objekts innerhalb des Detektionsvolumens erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (36) ein Mustererkennungsmodul (38) aufweist, welches anhand einer charakteristischen Rückstreuung im aufgenommenen Radardatensatz das vorbestimmte Objekt und/oder die vorbestimmte Bewegung innerhalb des Detektionsvolumens erkennt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das vorbestimmte Objekt ein Gargutträger ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei innerhalb des Detektionsvolumens eine Gestenerkennung erfolgt, und wobei beim Auswerten des aufgenommenen Radardatensatzes eine Handbewegung eines Benutzers des Gargeräts (10) erkannt wird.
Gargerät mit einer bildgebenden 4D-Radarsensoreinheit (28) und einer Auswerteeinheit (36), die mit der 4D-Radarsensoreinheit (28) signalübertragend verbunden ist, wobei die 4D-Radarsensoreinheit (28) mehrere Sendeantennen und mehrere Empfangsantennen umfasst, wobei die 4D-Radarsensoreinheit (28) eingerichtet ist, einen Bedienbereich (32) vor dem Gargerät (10) zu überwachen, und wobei das Gargerät (10) dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.