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Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine solche Anordnung ist aus der
DE 35 38 908 A1 bekannt. In diesem Fall dient das System zum Führen von Robotern und fahrerlosen Flurförderfahrzeugen. Bei nicht schienengebundenen Flurförderfahrzeugen kann eine automatische Führung entlang von im Boden verlegten Induktionsschleifen oder Strichen auf der Fahrbahn erfolgen. Weiterhin werden solche Fahrzeuge auch nach Lasermarken an den Wänden oder im Außenbereich auch nach GPS geführt. Diese Führungsmittel erfordern einen erheblichen Aufwand an Material und Installation. Es gibt häufig Situationen, dass die Lasermarken durch Objekte zugestellt werden oder dass durch Gebäude, Krane oder hochgestapelte Container kein ausreichender GPS-Empfang möglich ist. In diesem Fall kann man gewisse Streckenabschnitte auch durch Kopplung der Lage mit Hilfe von Odometriesensoren und mit elektronischen Kreiseln zurücklegen. Nach längeren Abschnitten bauen sich jedoch immer größere Fehler auf, sodass dann die Lagebestimmung nicht mehr ausreichend gegeben ist. Es bietet sich nun an, dass das Roboter- bzw. fahrerlose Flurförderfahrzeug mit einem bordautonomen Ortungssystem ausgerüstet ist, welches mit Hilfe von Abstandssensoren die Entfernung des Fahrzeugs zu den technischen und natürlichen Merkmalen der seitlichen Begrenzung der Fahrbahn feststellt. Dabei ist jede Position innerhalb des Operationsgebietes durch eine charakteristische Kombination der ortsabhängigen Fahrbahnbreite bzw. Länge gekennzeichnet. Die zugehörigen Daten sind in einer elektronischen Landkarte gespeichert. Bei den technischen bzw. künstlichen oder natürlichen Merkmalen handelt es sich um Bebauungsmerkmale, also dauerhafte Einrichtungen.
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In der Praxis ist es jedoch von Nachteil, dass man auf diese Bebauungsmerkmale angewiesen ist. Insbesondere bei großen Lagerflächen werden diese Flächen mit zum Teil relativ hohen, transportierbaren Einheiten zugestellt. Dann ist die Sicht zu den Bebauungsmerkmalen nicht mehr gegeben und somit keine weitere Orientierung möglich.
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Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hilfssystem der eingangs genannten Art aufzuzeigen,mit dem auch dann noch die Lage des Fahrzeugs bestimmt werden kann, wenn keine Lagebestimmung an den sonst bekannten künstlichen oder natürlichen, ortsgebundenen Merkmalen möglich ist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale in Patentanspruch 1 gelöst.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile kommen dann zur Wirkung, wenn bspw. die dauerhaften Referenzmarken an den Wänden nicht mehr sichtbar sind bzw. der GPS-Empfang durch zu hoch gestapelte Container erschwert ist oder andere bekannte Lagebestimmungsverfahren durch Kopplung und/oder Peilung versagen. Nun wird das elektronische Lagerverwaltungssystem genutzt. Hier sind die Daten bzw. Belegzustände aller Stellplätze gespeichert. Dazu sollte das Fahrzeug zunächst eine ungefähre Angabe über seine Lage haben. Es ist in der Regel an einem bekannten Ort gestartet, an dem eine Peilung an bekannten, ortsgebundenen Merkmalen, z. B. Laserflektoren, möglich war. Auf einem weiteren Teil des Weges waren die Lasermarken dann nicht sichtbar, sodass das Fahrzeug dann mittels Kopplung weiter gefahren ist. Mit zunehmender Strecke wird jedoch die Koppelnavigation immer ungenauer. Wenn nun aber die bereits abgestellten Objekte, z. B. Europaletten oder Container, in ihrer Position bekannt sind, kann sich das Fahrzeug durch eine Erfassung der Objekte in der Umgebung und durch einen Vergleich mit der zu erwartenden Position in der Karte an den belegten Stellplätzen orientieren. Somit ist es möglich, weitere transportable Objekte relativ genau abzusetzen. Die auf der Hinfahrt ermittelten Werte durch Kopplung werden mit der relativen Lageerfassung an den Objekten verglichen und überprüft. Bei zu großen Abweichungen könnte auch ein Warnsignal gegeben werden, sodass weitere Maßnahmen durch einen Bediener eingeleitet werden. In der Regel ist die Zuverlässigkeit in der Lage erhöht worden. Die Daten sind genauer.
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Wenn das Fahrzeug nach dem Absetzen des transportierten Objektes oder dem Aufnehmen des Objektes die Kopplung fortsetzt bis wieder eine genaue und absolute Lagebestimmung an feststehenden und künstlichen Marken möglich ist, können durch die nachträgliche Bewertung der fortgesetzten Kopplung auch Fehler der Kopplung systematischer oder spontaner Art entdeckt werden bzw. Kalibrierungen vorgenommen werden. Auch dieses hilft, die Qualität der Messungen zu verbessern.
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Das Abstellen von Objekten ist, in der beschriebenen Weise, nur relativ genau, d. h. nur genau in Bezug auf die bereits abgestellten Objekte. Beim Wiederauffinden bzw. beim Aufnehmen von Objekten ist dieses kein Problem. Hier wird ohnehin eine Orientierung an dem aufzunehmenden Objekt notwendig. So müssen bspw. die Gabeln eines Gabelstaplers in die dafür vorgesehenen Nischen in den Paletten einfahren und am Container sind die Öffnungen für die Verriegelungsbolzen zu finden. Hierbei kann das Hilfssystem, wenn es genau genug ist, d. h. also auch ggf. im Nahbereich noch funktioniert, gute Dienste erweisen. Ansonsten muss ein erweitertes System die genaue Position von Objektkanten und Objektecken bzw. Aufnahmeöffnungen finden.
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Es ist in organisierten Lagern üblich, dass die Lagerware, der Lagerbehälter – mit anderen Worten also das zu transportierende Objekt – auf bekannten, zum Teil auch markierten Stellplätzen, abgestellt wird. Beim Ein- bzw. Auslagern wird ein irgendwie geartetes Lagerverwaltungssystem angesprochen, d. h. der Belegzustand der Stellplätze ist bekannt. Die Stellplätze sind in einer Karte definiert. Somit kann das Fahrzeug seine vermutete Lage anhand der in der Karte verzeichneten belegten Stellplätze überprüfen.
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Die durch bordeigene Sensoren erfassten Objekte in der Umgebung werden mit den in der Karte verzeichneten belegten Stellplätze in Übereinstimmung gebracht bzw. auf ihre Identität überprüft. Bei den Sensoren zur Erfassung der Objekte kann es sich z. B. um Radar, Laser, Kamera usw. handeln. Im Nahbereich ist auch Ultraschall möglich. Sensorkombinationen können allgemein die Qualität, insbesondere die Verfügbarkeit, und ggf. auch die Genauigkeit erhöhen.
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Nach Anspruch 2 ist es vorteilhaft, dass das Hilfssystem zur Unterstützung eines Fahrzeugfahrers dient. Ggf. ist es ausreichend, dass der Fahrer seinen ungefähren Startort eingibt bzw. sein ungefährer Standort irgendwie bekannt ist und eine genauere Lagebestimmung durch die Umgebungserfassung ermittelt wird. Dann kann während der Fahrt eine fortlaufende Verfolgung durch die Koppelnavigation durchgeführt werden. Während der Fahrt und/oder am Zielort kann wieder eine genauere Lagebestimmung durchgeführt werden, sodass der Fahrer auch sicher ist, dass er den richtigen Platz erreicht hat. Hierbei ist es in der Regel nur notwendig, dass eine Stellplatzgenauigkeit erreicht wird, denn der Fahrer wird in der Regel das Aufnehmen und Absetzen von den transportablen Objekten selbst durchführen.
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Nach Anspruch 3 ist es von Vorteil während der Fahrt die Umgebung fortlaufend zu erfassen. Ggf. befindet sich an einem zentralen Standort ein Rechner mit dem Lagerverwaltungssystem. Die Daten vom Fahrzeug können per Funk übertragen werden und hier mit den Solldaten des Lagerverwaltungssystems verglichen werden.
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Somit wird überprüft, ob die aktuellen Daten tatsächlich richtig sind. Wenn Fahrzeuge, die nicht mit dem Erfassungssystem ausgestattet sind, Objekte unerlaubt entnommen oder hinzugestellt haben, kann dieses somit festgestellt werden. Die in der Karte verzeichneten belegten oder unbelegten Stellplätze stimmen dann nicht mit den durch bordeigenen Sensoren erfassten Objekte in der Umgebung überein.
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Das Hilfssystem ist nicht nur für fahrerlose Fahrzeuge, sondern auch als Assistenzsystem für Fahrzeuge mit Fahrer bzw. zur Teilautomatisierung geeignet. Für den Fahrer ist es insbesondere auch dann von Vorteil, wenn er das Hilfssystem zur Zielführung für sein Fahrzeug verwendet. Die Umgebungserfassung kann ihn dann fortlaufend darüber informieren, wie weit es noch bis zu seinem Ziel ist bzw. ob er rechts oder links abbiegen muss. Möglicherweise liegt auch eine Gefahrenstelle vor ihm und er müsste die Geschwindigkeit reduzieren.
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Wenn er dann an seinem Zielort angekommen ist und es stehen hier bspw. mehrere transportable Objekte, dann kann ihm das Hilfssystem – nach Erfassung der Umgebungmitteilen, welches der in diesem Bereich stehenden Objekte das gesuchte ist.
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Nach dem fünften Anspruch ist es auch möglich, dass das System für übereinandergestellte Objekte angewendet werden kann. Dieses ist bspw. dann von Vorteil, wenn alle Stellplätze in der unteren Ebene belegt sind, aber die oberen Ebenen nur teilweise belegt sind. Somit gibt es dann in den oberen Ebenen wieder Unterscheidungsmerkmale.
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Bessere Genauigkeiten erhält man nach Anspruch 6, wenn man die Daten der Umgebungserfassung aufbereitet. Nicht nur, aber besonders im Stillstand des Fahrzeugs, erhält man üblicherweise eine sehr große Datenmenge bei der Umgebungserfassung. Die einzelnen Messwerte weisen Fehler auf. Durch Bewertung auf Plausibilität, Wahrscheinlichkeit, größte Übereinstimmung usw. lässt sich die Umgebungserfassung soweit über der elektronischen Karte verschieben, bis sie am besten passt.
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Auch ein anderes Fahrzeug ist eine in ihrer Position veränderbare Einheit und kann, wenn seine Position bekannt ist, zur Umgebungserfassung bzw. zur Lagebestimmung genutzt werden. Somit ist das andere Fahrzeug nicht unbedingt ein Hindernis, sondern sogar quasi eine mobile Referenz.
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Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
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1 Fahrzeug mit Fahrkurs und Stellplätzen in der Draufsicht
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2 Lagebestimmung durch Orientierung an einem anderen Fahrzeug
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3 Erfassung eines realen Objektes
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1 zeigt ein Fahrzeug 1, z. B. einen Gabelstapler, das mit einem bordeigenen Sensor 2 zur Erfassung der Umgebung ausgestattet ist. Bei dem bordeigenen Sensor 2 kann es sich hier z. B. um einen rotierenden Laserscanner handeln. Zum Absetzen eines transportierten Objektes 16, z. B. einer Europalette mit Ware, fährt das Fahrzeug 1 zunächst an einem fest vorgegebenen Fahrweg 3 entlang. Dieser Fahrweg 3 kann durch einen Leitdraht in der Fahrbahn oder einen Strich auf der Fahrbahn, Transponder, Magnete, GPS oder andere Systeme vorgegeben sein. Zu einem bestimmten Zeitpunkt biegt das Fahrzeug 1 dann von dem vorgegebenen Fahrweg 3 ab, um das transportierte Objekt 16 an dem Stellplatz 17 abzusetzen. Durch Fehler in der Kopplung glaubt es, dass es den Scheinweg 4 gefahren ist. Tatsächlich werden jedoch durch Erfassung der Umgebung mittels des Sensors 2 die Konturen 7 einer Vielzahl abgestellter Objekte 6 festgestellt. In Abstimmung mit den Daten im Lagerverwaltungsrechner wird nun die wahre Lage 5 des Fahrzeugs 1 ermittelt. Das Fahrzeug 1 orientiert sich an der Kontur 7, d. h. es erfasst jetzt genauer an den abgestellten Objekten seine Lage in Bezug auf den gesuchten Stellplatz 17.
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Zu sehen ist in der Draufsicht eine Laserreflektionsmarke 14 an einer Wand. Solange diese Marke von dem Fahrzeug 1 einzusehen ist, wäre eine Feststellung der Richtung, jedoch nicht eine genaue Bestimmung des Fahrzeugs 1 möglich.
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Wenn keine weiteren Laserreflektormarken 14 sichtbar sind, kann allein hiermit keine Lage ermittelt werden. Wenn aber die Kontur 7 erfasst ist, kann die Laserreflektormarke 14 mitbenutzt werden, um die Lageermittlung zu überprüfen oder zu verbessern. Des weiteren zeigt die 1 dass, wenn die abgestellten Objekte 6 höher sind als die Laserreflektionsmarke 14, keine Sicht zwischen Fahrzeug 1 und der Laserreflektionsmarke 14 möglich ist.
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Darüber hinaus ist zu erkennen, dass bei einem Fahrzeug 1 mit Fahrer eine hervorragende Assistenz beim Finden eines zu holenden, gesuchten Objektes 9 gegeben ist. Wenn das Fahrzeug 1 vor mehreren Objekten 6 steht, kann durch Abgleich mit dem Lagerverwaltungssystem und der Kontur 7 festgestellt werden, welches von den Objekten 6 das gesuchte Objekt 9 ist.
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Ein Nebenweg 13 führt das Fahrzeug 1 zu einem Lkw-Stellplatz 12, auf dem sich ein Lkw 11 befindet. Für den Lkw-Fahrer ist der Lkw-Stellplatz 12 durch farbliche Markierungen am Boden gekennzeichnet. Das Fahrzeug 1 erkennt durch seinen Sensor 2 die Lkw-Kontur 26 des Lkw 11. Da die Position des Lkw 11 immer – je nach Fahrerkunst – variiert, ist es hierbei von Vorteil, dass sich das Fahrzeug 1 relativ an dem Lkw 11 orientieren kann. Die absolute Position des Lkw 11 ist nämlich nicht genau bekannt, wohl aber die genaue Position des Ladeflächenstellplatzes 27 auf dem Lkw 11. Dem Lagerverwaltungssystem muss lediglich manuell oder automatisch mitgeteilt werden, dass sich der Lkw 11 auf dem ihm zugeordneten Lkw-Stellplatz 12 befindet.
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Der bordeigene Sensor 2 ist ggf. auch in der Lage, dauerhafte stationäre Einrichtungen zu finden, also quasi selbst zur absoluten Peilung der Lage beizutragen. So kann man auch bei geeigneter Auslegung ein Förderband 10 erkennen, das zur Übergabe der zu transportierenden Objekte 16 dient. Je nach Art des Sensors 2, z. B. einem auch entfernungsmessenden Laserscanner, ist es teilweise möglich, Hindernisse 18, die im Fahrweg stehen, zu erkennen. Diese Hindernisse sind nicht im Lagerverwaltungsrechner verzeichnet und dienen daher nicht zur Orientierung.
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Als Sensor 2 zur Erfassung der Umgebung bzw. der abgestellten Objekte 6, eignen sich bekannterweise, je nach gegebenen Bedingungen, Ultraschall, Mikrowellen oder optische Systeme. Insbesondere im Innenbereich haben sich optische Systeme, z. B. Laserscanner wegen ihrer hohen Erfassungsgenauigkeit, sehr bewährt. Im Außenbereich können aber gerade bei der Detektion von Containern Radarsensoren oder auch Kombinationen zwischen optischen Sensoren und Radarsensoren besser geeignet sein. Im Nahbereich bieten sich wiederum, zur feineren Konturerkennung, Ultraschallsysteme an, insbesondere dann, wenn es auch noch darum geht, die Objektkanten und Objektecken zu detektieren. Dieses ist dann ggf. ein weiterer Nutzen des Sensors 2 zur genauen Aufnahme des zu transportierenden Objektes 16.
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Bei Verwendung eines Laserscanners als bordeigenen Sensor 2 muss beachtet werden, dass er in geeigneter Höhe montiert wird, sodass er auch die Objekte 6 tatsächlich erkennt. Möglicherweise ist er dann so tief am Fahrzeug 1 montiert, dass er keine 360° Rundumsicht mehr hat. Auch ein kleineres Sichtfeld kann ausreichend sein, andernfalls müssen mehrere bordeigene Sensoren 2 verwendet werden. Kameras und z. T. auch Radarsysteme sind in der Montage nicht in gleicher Weise höhenkritisch. Wenn die Objekte 6 übereinander gestapelt sind, müssen ggf. ebenfalls mehrere Scanner eingesetzt werden, um jede Ebene für sich zu kontrollieren. Kamerasysteme können u. U. mehrere Ebenen gleichzeitig kontrollieren.
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In 1 handelt es sich um eine Prinzipskizze mit einem relativ einfachen Szenario. Mit Einschränkungen ist abschnittsweise sogar eine Führung des Fahrzeugs 1 nur nach den Konturen 7, ohne Kopplung und ohne Peilung an künstlichen Marken möglich. Meistens findet man jedoch in der Praxis eine deutlich höhere Komplexität mit vielen Stellplätzen an verschiedenen Stellplätzen, sodass eine Objekterfassung mit den bordeigenen Sensoren 2 nicht immer zu einer eindeutigen Lagebestimmung führt. Dann ist es wieder erforderlich, eine Peilung der Lage automatisch durchzuführen oder ggf. durch einen Fahrer manuell einzugeben. Die Kopplung ist ohnehin durch eine Wegerfassung an den Rädern bzw. Erfassung der Geschwindigkeit und des Lenkwinkels relativ einfach durchzuführen. Auch im Betrieb mit Fahrer hilft das System ganz wesentlich die Rückverfolgbarkeit der Transportaufträge zu sichern.
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2 zeigt die Lagebestimmung durch Peilung eines Fahrzeugs 1 unter einem auf Schienen 23 geführten Kran 20, z. B. einem Containerbrückenkran. Von dem Kran 20 sind nur die vier Stützbeine 21 bzw. die zwei Schienenfahrwerke dargestellt. Das Fahrzeug verfügt über zwei bordeigene Sensoren 2. Mit den bordeigenen Sensoren 2 werden die drei abgestellten Objekte 6, z. B. Container, erkannt. Das Fahrzeug 1 erkennt des weiteren zwei von den vier Stützbeinen 21. Das Fahrzeug 1 stellt also seine Lage in Bezug auf den Kran 20 fest. Der Kran 20 hat zuvor die drei Objekte 6 abgestellt und deren Position relativ auf seine Position dem Lagerverwaltungssystem mitgeteilt. Die aktuelle elektronisch verfügbare Karte besteht in diesem Fall im wesentlichen aus den Positionen der abgestellten Objekte 6. Das Fahrzeug 1 findet die abgestellten Objekte 6 in Bezug auf die Position des Krans 20 wieder. Der Vorgang ist natürlich auch umkehrbar, d. h. das Fahrzeug 1 kann die Objekte 6 unter dem Kran 20 abstellen, die Abstellposition relativ zum Kran 20 ermitteln und diese Position an das Lagerverwaltungssystem bzw. zur Eintragung in die elektronische Karte weitergeben.
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Selbst, wenn man einen weiteren, scannenden Sensor 24 oben auf dem Dach des Fahrzeugs 1 hätte, mit dem man alle vier Beine 21 des Krans 20 direkt sehen könnte, wäre die Erfassung der Objekte 6 mit dem bordeigenen Sensor 2 zur Verbesserung der Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit von Vorteil. Nachteilig bei dem scannenden Sensor 24 ist, dass er unter dem symmetrischen aufgebauten Kran 20 für sich allein genommen keine eindeutige Richtungsangabe ermittelt. Dieses ist jedoch durch die bordeigenen Sensoren 2 möglich.
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Von Bedeutung ist, dass die Positionen von Kran 20 bzw. deren Stützbeine 21 sowie die Positionen der Objekte 6 bzw. ihre Stellplätze in der Karte bzw. dem Lagerverwaltungssystem eingetragen sind. Wenn sich die Objekte 6 unterscheiden, z. B. in der Größe oder auch verschieden ausgerichtet sein können, ist dieses ebenfalls im Lagerverwaltungssystem bzw. in der Karte zu vermerken, damit die Positionen eindeutig wiedergefunden werden.
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Wenn der Kran 20 weggefahren ist, kann sich das Fahrzeug 1 nur noch an den abgestellten Objekten 6 orientieren. Die Genauigkeit der Lagebestimmung hängt dann ganz wesentlich auch von der Genauigkeit der Position der abgestellten Objekte 6 ab.
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Fig. 3
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Ein Fahrzeug 1 das mit einem bordeigenen Sensor 2, z. B. einem Laserscanner, ein abgestelltes Objekt 6, z. B. eine Getränkekiste,erfasst, ist in 3 in der Draufsicht dargestellt. Wenn das Objekt 6 eine ideale, geschlossene Oberfläche hat, wird der bordeigene Sensor 2 nur die hier dargestellte Kontur 7 sehen.
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In der Praxis treten jedoch erfassungstechnisch gesehen ungünstige Oberflächen auf. Container bestehen z. B. aus Trapezblechen. Schwierig sind auch Getränkekisten, da sie an den Seiten größere Aussparungen haben. Bei der Erfassung der Objekte 6 kann es dazu kommen, dass die Messpunkte 25 mehr oder weniger auch innerhalb der Kontur 7 liegen. Die Messpunkte 25 sind aufzubereiten, z. B. durch statistische Mittelwertsbildungen, Ausblendung der Messpunkte 25 innerhalb der Getränkekiste, Plausibilitätsprüfungen usw. oder Kombinationen davon.
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Durch mehrmaliges Erfassen des Objektes 6 ergeben sich zusätzliche Messpunkte 25 Fehler durch Messstreuungen können sich hierdurch verringern lassen. Die Filterung dieser Daten, also die Aufbereitung der Messwertdaten, erfolgt vorteilhaft in einem Rechner.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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