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Es wird ein Aufsatz zur Aufnahme durch ein fahrerloses Transportsystem angegeben. Der Aufsatz weist eine Raumerfassungsvorrichtung auf. Weiterhin wird ein Verfahren zum Erfassen von Objekträumen angegeben.
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Es ist im Stand der Technik bekannt, dass im Rahmen der Digitalisierung Werke mittels 3D-Scaneinrichtungen gescannt werden. Hierzu werden durch Mitarbeiter Scangeräte durch die Werkshallen getragen und alle Daten aufgenommen. Die Scans erfolgen derzeit also primär manuell. Die Druckschrift
DE 10 2019 120 702 A1 zeigt z.B. ein Gestell für zumindest eine Scaneinrichtung zum Tragen der Scaneinrichtung mittels des Körpers einer Person, wobei das Gestell eine Trageeinrichtung zum Anlegen und Tragen des Gestells durch die Person umfasst. Des Weiteren beschreibt die Druckschrift eine Raumerfassungsvorrichtung mit zumindest einer Scaneinrichtung und einem solchen Gestell.
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Nachteilig bei der bekannten Lösung zum Scannen der Werke ist, dass dies ein zeitintensiver und mühevoller Prozess ist. Gibt es irgendwelche Änderungen im Layout oder in der Anordnung von Gegenständen (Maschinen, Anlagen, Regale, Behälter usw.) ist ein erneutes Scannen, ein sogenannter Re-Scan, erforderlich. Dies könnte beispielsweise mehrmals die Woche erfolgen. Aktuelle Daten sind erforderlich, damit z.B. Produktionsplaner auf aktuellen Daten neue Konzepte erarbeiten oder autonome Transportsysteme, die anhand der gescannten Daten ihre Aufgaben erledigen, immer auf aktuelles Kartenmaterial zurückgreifen können. Weiterhin ist es von Nachteil, dass eine Vielzahl von Referenzmarken an bestimmten Punkten in der Umgebung durch Referenzmarkierungen der Scaneinrichtungen erfasst werden müssen, indem die Referenzmarkierungen in direkten Kontakt mit den Referenzmarken gebracht werden und dabei geleichzeitig vom Anwender ein Betätigungsknopf gedrückt wird.
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Es ist eine zu lösende Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, einen Aufsatz mit einer Raumerfassungsvorrichtung anzugeben, durch welchen ein Scanprozess und insbesondere auch die Erfassung von Referenzmarken automatisiert werden können. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Erfassen von Objekträumen anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein hier beschriebener Aufsatz zur Aufnahme durch ein fahrerloses Transportsystem eine Trägervorrichtung, eine Raumerfassungsvorrichtung und einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des Aufsatzes durch ein fahrerloses Transportsystem auf.
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Der Aufnahmebereich ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Aufsatz durch ein fahrerloses Transportsystem, insbesondere durch ein flächiges bzw. sehr flaches fahrerloses Transportsystem, automatisiert aufgenommen werden kann. Beispielsweise kann das fahrerloses Transportsystem unter den Aufsatz fahren und diesen anschließend derart im Bereich des Aufnahmebereichs anheben, dass der Aufsatz durch das fahrerlose Transportsystem in der Umgebung bewegt werden kann.
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Weiterhin weist die Raumerfassungsvorrichtung eine Kamera, die vorzugsweise als Tiefenkamera ausgebildet ist, zur automatisierten Erfassung einer Referenzmarke in einer Umgebung auf. Die Tiefenkamera kann z.B. einen oder mehrere Tiefensensoren und/oder RGB-Sensoren aufweisen. Weiterhin kann die Tiefenkamera eine TOF-Kamera (TOF, „time of flight“) oder eine Infrarotkamera oder eine 3D-Kamera sein.
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Mit der Kamera bzw. Tiefenkamera ist vorteilhafterweise ein Erfassen einer Referenzmarke in der Umgebung möglich. Daher kann die Raumerfassungsvorrichtung frei von Referenzmarkierungen zur direkten Kontaktierung bzw. Berührung der Referenzmarken in der Umgebung sein.
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Die Kamera bzw. Tiefenkamera dient somit der Erfassung der Position und/oder Ausrichtung der Raumerfassungsvorrichtung relativ zu einem ortsfesten Koordinatensystem mit korrespondierenden Referenzmarken, die wiederum an bestimmten Punkten der zu erfassenden Umgebung angebracht sind, beispielsweise als Aufkleber an Böden oder Wänden eines zu scannenden Gebäudes, die mit einem Fadenkreuz und einer eindeutigen Bezeichnung oder Identifikationsnummer ausgestattet sind (im folgenden „Ground Control Point“ genannt).
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Raumerfassungsvorrichtung durch eine Kopplungseinrichtung mit der Trägervorrichtung verbunden. Insbesondere kann die Raumerfassungsvorrichtung durch die Kopplungseinrichtung linear und/oder rotatorisch bewegbar ausgebildet sein. Dadurch kann die Raumerfassungsvorrichtung vorteilhafterweise derart ausgerichtet werden, dass sie in optimaler Weise die Umgebung erfassen kann.
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Zur Referenzierung erfasst die Kamera bzw. Tiefenkamera die Referenzmarke in der Umgebung. Hierzu kann der die Raumerfassungsvorrichtung durch die Kopplungseinrichtung bewegt werden, beispielsweise durch eine lineare und/oder rotatorische Bewegung. Die Referenzmarken können bezüglich der Höhe ihrer Anbringung variieren, beispielsweise zwischen 1,4 m und 1,7 m, sodass es von Vorteil ist, dass die Raumerfassungsvorrichtung durch die Kopplungseinrichtung auch unabhängig von einer Bewegung der Trägervorrichtung bzw. fahrerlosen Transportsystems bewegt werden kann.
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Die Raumerfassungsvorrichtung kann ein Gestell aufweisen. Das Gestell kann eine Trageeinrichtung aufweisen, durch welche das Gestell durch eine Person getragen werden kann. Durch den Aufsatz kann erreicht werden, dass die Raumerfassungsvorrichtung bzw. das Gestell nicht mehr durch eine Person getragen werden muss. Weiterhin kann die Raumerfassungsvorrichtung eine oder mehrere Mehrfachscanner aufweisen. Beispielweise kann die Raumerfassungsvorrichtung einen ersten Mehrfachscanner und einen zweiten Mehrfachscanner aufweisen, welche jeweils an dem Gestell angeordnet bzw. befestigt sein können. Der erste und der zweite Mehrfachscanner können insbesondere eine Vielzahl von in einem Bauteil integrierten Emissionseinheiten zum Erzeugen einer Vielzahl von Signalstrahlen in definierten Emissionsrichtungen umfassen, sowie einen Empfänger zum Detektieren von Reflexionsstrahlungen, die durch Reflexionen der Signalstrahlen an einem oder mehreren Objekten des Objektraums erzeugt werden, und eine Abtasteinrichtung zum Verändern der Emissionsrichtungen der Signalstrahlen. Der Einsatz von Mehrfachscannern ermöglicht das unterbrechungsfreie Erfassen des Objektraums. Durch die Verwendung der Mehrfachscanners kann ein Echtzeit-3D-SLAM-Verfahren mit sechs Freiheitsgraden eingesetzt werden.
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Aus der Verwendung der Mehrfachscanners in der Raumerfassungsvorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass die Vorrichtung in der Bewegung immer nicht nur neue Oberflächenabschnitte des Objektraums erfasst, indem die Signalstrahlen diese Oberflächenabschnitte überstreichen, sondern dass die Signalstrahlen immer auch auf bereits zuvor erfasste Oberflächenabschnitte treffen, das heißt solche Oberflächenabschnitte, die bereits von zuvor ausgesandten anderen Signalstrahlen erfasst wurden. Hierdurch wird es möglich, einen Abgleich der von dem Empfänger detektierten Reflexionsstrahlungen mit bereits zuvor detektierten Reflexionsstrahlungen durchzuführen. Aus diesem Abgleich kann dann die Bewegung der Raumerfassungsvorrichtung berechnet werden, so dass es möglich ist, die Position der Raumerfassungsvorrichtung im Objektraum zu bestimmen. Hierdurch ist es wiederum möglich, eine graphische Darstellung derjenigen Bereiche des Objektraums zu erzeugen und auszugeben, durch welche die Raumerfassungsvorrichtung bewegt wurde. Hieraus wiederum lässt sich anhand einer vorläufigen Modellierung des Objektraums anhand der Daten, die zumindest aus den Reflexionsstrahlungen gewonnen werden können, bestimmen, durch welche Bereiche im Objektraum die Raumerfassungsvorrichtung bewegt werden kann. Diese möglichen Bewegungen der Vorrichtung im Objektraum können außerdem graphisch dargestellt und ausgegeben werden. Die Mehrfachscanner können jeweils Emissionseinheiten mit einem oder mehreren Lasern aufweisen.
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Weiterhin kann die Raumerfassungsvorrichtung eine oder mehrere Kameras aufweisen, welche an dem Gestell angeordnet bzw. befestigt sein können. Die am Gestell montierte Kamera bzw. montierten Kameras können insbesondere dazu ausgebildet sein, Kamerabilder zumindest eines Teils des Objektraums aufzunehmen. Die von der Kamera oder den Kameras aufgenommenen Bilder können beim Erzeugen der verschiedenen graphischen Darstellungen des Objektraums in Echtzeit berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann eine sehr realitätsnahe Darstellung des begangenen und/oder begehbaren Bereichs des Objektraums oder des von der Raumerfassungsvorrichtung bereits abgetasteten Bereichs des Objektraums in Echtzeit erzeugt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Aufsatz eine Steuer- und/oder Recheneinrichtung zur Steuerung von Bewegungen der Raumerfassungsvorrichtung, insbesondere mittels der Kopplungseinrichtung, und/oder zur Speicherung von Scandaten auf. Bei der Steuer- und/oder Recheneinrichtung kann es sich z.B. um einen Industrie-PC handeln. Die durch die Tiefenkamera erhaltenen dreidimensionalen Koordinaten können mit maschinellem Sehen eingelesen und durch die Steuer- und/oder Recheneinrichtung verarbeitet werden.
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Weiterhin weist der Aufsatz vorzugsweise eine Kommunikationseinrichtung zum Empfangen und/oder Senden von Daten auf. Die Kommunikationseinrichtung kann z.B. ein Kommunikationsmodul umfassen, welches beispielsweise auf Basis von WLAN, LTE und/oder 5G kommunizieren kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Aufsatz eine Energiespeichereinrichtung, wie z.B. eine Batterie, auf. Die Energiespeichereinrichtung dient der Versorgung verschiedener Komponenten des Aufsatzes, wie z.B. der Kommunikationseinrichtung, mit der benötigten Energie.
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Darüber hinaus kann der Aufsatz eine Eingabe- und/oder Ausgabeeinrichtung aufweisen. Die Eingabe- und/oder Ausgabeeinrichtung kann als User-Interface dienen und beispielsweise einen Bildschirm umfassen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Aufsatz bzw. die Trägervorrichtung des Aufsatzes eine Mehrzahl von Rädern und/oder Rollen auf. Dadurch kann der Aufsatz vorteilhafterweise manuell an die benötigte Position geschoben werden, um von dem fahrerlosen Transportsystem aufgenommen zu werden. Weiterhin kann der Aufsatz beispielsweise direkt von dem fahrerlosen Transportsystem aufgenommen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Raumerfassungsvorrichtung zumindest einen Mehrfachscanner sowie eine Mehrzahl von Kameras auf. Beispielsweise kann die Raumerfassungsvorrichtung einen ersten Mehrfachscanner und einen zweiten Mehrfachscanner aufweisen.
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Weiterhin wird eine mobile Scaneinrichtung angegeben, welche ein fahrerloses Transportsystem sowie einen hier beschriebenen Aufsatz aufweist. Das fahrerlose Transportsystem ist vorzugsweise lösbar dem Aufsatz verbunden.
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Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Erfassen von Objekträumen angegeben. Bei dem Verfahren wird ein hier beschriebener Aufsatz bereitgestellt. Weiterhin wird ein fahrerloses Transportfahrzeug bereitgestellt.
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Der Aufsatz wird durch das fahrerlose Transportsystem automatisiert aufgenommen. Anschließend erfolgt ein Scannen eines Objektraums, beispielsweise eines Werks, durch die Raumerfassungsvorrichtung des Aufsatzes. Der Aufsatz kann dabei vor und/oder während des Scannens mittels des fahrerlosen Transportsystems im Objektraum bewegt werden.
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Dabei wird vor und/oder während des Scannens zumindest eine Referenzmarke mittels der Tiefenkamera der Raumerfassungsvorrichtung erfasst.
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Weiterhin kann der Aufsatz durch das fahrerlose Transportsystem zu der Referenzmarke bewegt werden. Die Referenzmarke bzw. die Referenzmarken können mittels der Tiefenkamera der Raumerfassungsvorrichtung automatisiert erfasst werden. Somit kann eine Zuordnung der absoluten Position des Aufsatzes bzw. der Raumerfassungsvorrichtung im Raum erfolgen kann. Die Raumerfassungsvorrichtung können vor und während des Scannens des Objektraums mittels der Kopplungseinrichtung ausgerichtet werden.
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Durch den hier beschriebenen Aufsatz können vorteilhafterweise bereits bestehende Systeme, die bereits in die Produktionslandschaft integriert sind, verwendet werden. Dadurch können die Kosten gering gehalten werden. Durch die Tiefenkamera und die Tiefeninformationen kann eine Positionierung bzw. Zuordnung der absoluten Position des Aufsatzes bzw. der Raumerfassungsvorrichtung erfasst werden. Die Positionierung des Aufsatzes bzw. der Raumerfassungsvorrichtung ist dabei essenziell für das Gesamtsystem. Vorteilhafterweise muss der Aufsatz bzw. das fahrerlose Transportfahrzeug nicht sehr nahe an eine Wand, an welcher sich eine Referenzmarke befindet, bewegt werden, da aufgrund der Erfassung der Referenzmarke mit der Tiefenkamera keine Berührung der Referenzmarke mit einer Referenzmarkierung der Raumerfassungsvorrichtung notwendig ist. Dadurch kann vermieden werden, dass Sicherheitssysteme des fahrerlosen Transportfahrzeugs auslösen. Somit kann eine physische Abnahme zur Lokalisierung der Raumerfassungsvorrichtung bzw. des Aufsatzes entfallen.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des hier beschriebenen Aufsatzes bzw. des Verfahrens ergeben sich aus der im Folgenden in Verbindung mit den 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Aufsatzes zur Aufnahme durch ein fahrerloses Transportsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
- 2 eine schematische Darstellung eines Aufsatzes des Aufsatzes aus der 1 mit einer veränderten Ausrichtung der Raumerfassungsvorrichtung.
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In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufsatzes 1 zur Aufnahme durch ein fahrerloses Transportsystem (nicht dargestellt) gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Der Aufsatz 1 weist eine Trägervorrichtung 2 und eine Raumerfassungsvorrichtung 3 auf, welche über eine Kopplungseinrichtung 4 mit der Trägervorrichtung 2 verbunden ist. Durch die Kopplungseinrichtung 4 kann die Raumerfassungsvorrichtung 3 nach oben/unten, links/rechts und vorne/hinten bewegt sowie rotiert werden. Die Raumerfassungsvorrichtung 3 weist ein Gestell 17 sowie einen mit dem Gestell 17 verbundenen ersten Mehrfachscanner 13, einen zweiten Mehrfachscanner 14 und eine Mehrzahl von Kameras 15 auf. Weiterhin weist die Raumerfassungsvorrichtung 3 eine Tiefenkamera 10 zur automatisierten Erfassung einer Referenzmarke 11 in der Umgebung auf.
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Der Aufsatz 1 weist einen Aufnahmebereich 5 zur Aufnahme des Aufsatzes 1 durch ein fahrerloses Transportsystem auf. Beispielsweise kann ein fahrerloses Transportsystem unter den Aufsatz 1 fahren und diesen anschließend im Bereich des Aufnahmebereichs 5 aufnehmen.
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Der Aufsatz 1 weist darüber hinaus eine Steuer- und/oder Recheneinrichtung 6, eine Kommunikationseinrichtung 7 mit einem Kommunikationsmodul auf Basis von z.B. WLAN, LTE oder 5G, eine Energiespeichereinrichtung bzw. Batterie 8 sowie eine Eingabe- und/oder Ausgabeeinrichtung 9, die als Bildschirm zum Bedienen des Systems ausgebildet ist, auf.
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In der 2 ist der Aufsatz 1 aus der 1 gezeigt, wobei die Ausrichtung der Raumerfassungsvorrichtung 3 im Vergleich zur Ausrichtung gemäß der 1 derart mittels der Kopplungseinrichtung 4 verändert wurde, dass eine in der Umgebung angebrachte Referenzmarke 11 durch die Tiefenkamera 10 erkannt werden kann. Dadurch kann die absolute Position der Raumerfassungsvorrichtung 3 im Raum zugeordnet werden. Um die aufgenommenen Bilder und Punktewolken 100% übereinandern zu legen, so dass sie die Realität wiedergeben, müssen die Referenzmarken 11 typischerweise in regelmäßigen Abständen eingelesen werden. Da die Referenzmarken 11 in unterschiedlichen Höhen angebracht sein können, soll die Raumerfassungsvorrichtung 3 mehrere Freiheitsgrade bedienen können, was insbesondere durch die Kopplungseinrichtung 4 erreicht werden kann.
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Der Aufsatz 1 kann zunächst mittels der Räder 12 beliebig auf dem Gelände platziert werden. Ist ein Scan erforderlich, wird einem fahrerlosen Transportsystem die Koordinate des Aufsatzes 1 bzw. der Raumerfassungsvorrichtung 3 des Aufsatzes mitgeteilt. Dieser wird von dem fahrerlosen Transportsystem abgeholt und der Scanprozess kann beginnen. In regelmäßigen Abständen werden die Referenzmarken 11 angefahren und eingelesen. Die Referenzmarken 11 sind vorzugsweise im Leitsystem des fahrerlosen Transportsystems hinterlegt. Die gescannten Daten können anschließend in regelmäßigen Abständen mittels der Kommunikationseinrichtung 7 bzw. des Kommunikationsmoduls der Kommunikationseinrichtung 7 in eine Cloud hochgeladen werden.
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Durch den hier beschriebenen Aufsatz bzw. das hier beschrieben Verfahren ist ein automatisierter Scan und/oder automatisierte Rescans möglich. Der Aufsatz 1 bzw. die Raumerfassungsvorrichtung 3 wird autonom auf dem fahrerlosen Transportfahrzeug durch das Werk transportiert. Dabei können dreidimensionale Konturen erfasst, hochgeladen und verarbeitet werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aufsatz
- 2
- Trägervorrichtung
- 3
- Raumerfassungsvorrichtung
- 4
- Kopplungseinrichtung
- 5
- Aufnahmebereich
- 6
- Steuer- und/oder Recheneinrichtung
- 7
- Kommunikationseinrichtung
- 8
- Energiespeichereinrichtung
- 9
- Eingabe- und/oder Ausgabeeinrichtung
- 10
- Tiefenkamera
- 11
- Referenzmarke
- 12
- Rad
- 13
- erster Mehrfachscanner
- 14
- zweiter Mehrfachscanner
- 15
- Kamera
- 17
- Gestell
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019120702 A1 [0002]