DE202018005865U1 - Kollisionsvermeidungs-Assistenzsystem für bewegliche Arbeitsbühnen - Google Patents

Kollisionsvermeidungs-Assistenzsystem für bewegliche Arbeitsbühnen Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Erzeugen einer Punktewolke (1A), die die tatsächliche äußere Form eines in einem Gebäude (4) befindlichen Personentransportfahrzeugs (1) darstellt, die zum Ermitteln der Position und Ausrichtung des Personentransportfahrzeugs (1) in dem Gebäude (4) und zum Ermitteln der relativen Position und Ausrichtung von wenigstens einer beweglichen Arbeitsbühne (2) in dem Gebäude (4) eingerichtet ist, wobei die Position und Ausrichtung des Personentransportfahrzeuges (1) und die Position und Ausrichtung der beweglichen Arbeitsbühne (2) in Bezug zu wenigstens einem bekannten Bezugspunkt (R1) in dem Gebäude (4) gesetzt wird, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, um Kollisionen zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) und dem Personentransportfahrzeug (1) zu vermeiden, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
- wenigstens einen bekannten Bezugspunkt (R1) in dem Gebäude (4), wobei (R1) der Ursprungspunkt eines Koordinatensystems mit 6 Freiheitsgraden ist und als zentraler gemeinsamer Bezugspunkt dient, und
- wenigstens eine dreidimensionale Abtasteinrichtung (3), die eingerichtet ist, um die tatsächliche äußere Form eines Personentransportfahrzeuges (1) zu ermitteln, und
- wenigstens eine stationäre Recheneinrichtung (6), die zum Erzeugen einer Punktewolke (1A) anhand von Daten der dreidimensionalen Abtasteinrichtung (3) eingerichtet ist, wobei die Punktewolke (1A) die tatsächliche äußere Form des Personentransportfahrzeuges (1) darstellt, und
- einen bekannten Referenzpunkt (R2) der beweglichen Arbeitsbühne (2), der sich auf der beweglichen Arbeitsbühne (2) innerhalb des Gebäudes (4) befindet, und
- wenigstens eine Einstelleinrichtung (8) die eingerichtet ist, um die Position und Ausrichtung auf bis zu 6 Freiheitsgrade der beweglichen Arbeitsbühne (2) innerhalb des Gebäudes (4) gemäß dem Bezugspunkt (R2) der beweglichen Arbeitsbühne (2) in Bezug auf die Position des Gebäudereferenzpunkts (R1) einzustellen, und
- wobei die dreidimensionale Abtasteinrichtung (3), die Einstelleinrichtung (8), die stationäre Recheneinrichtung (6) und wenigstens ein erster Prozessor (21) über eine Datenübertragungseinrichtung (30, 31, 32) miteinander verbunden sind und
- wobei der wenigstens eine erste Prozessor (21) eingerichtet ist, um Kollisionen zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) in dem Gebäude (4) und dem Personentransportfahrzeug (1) durch Vergleichen der Position einzelner Punkte der erzeugten Punktewolke (1A) mit der Position und Ausrichtung des dreidimensionalen Modells (2A) zum Erkennen einer Kollisionsgefahr zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) und dem menschlichen Transportfahrzeug (1) zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Prozessor (21) eingerichtet ist, um ein dreidimensionales Modell (2A) zu erzeugen, das die bewegliche Arbeitsbühne (2) darstellt, und der erste Prozessor (21) ferner eingerichtet ist, um die bis zu 6 Freiheitsgrade der Position und Ausrichtung des dreidimensionalen Modells (2A) zu ermitteln, das die bewegliche Arbeitsbühne (2) darstellt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Positionsbestimmung und Kollisionsvermeidung zwischen einer beweglichen Arbeitsbühne (Movable Work Platform MWP) und einem Personentransportfahrzeug (Human Transportation Vehicle HTV)
  • Der nächstliegende Stand der Technik ist Dokument US 5359542 , das ein System zum Bestimmen der Position eines Flugzeugs in einem Hangar und zum Begrenzen der Bewegung einer Vielzahl von Portalkränen um das Flugzeug herum betrifft, wobei das System eine Vielzahl von beweglichen Scannern, die Positionen einer Vielzahl kollinearer Punkte entlang der Vorderkanten der Flügel des Flugzeugs ermitteln, sowie ein Prozessorsystem zum Ermitteln eines Schnittpunkts von Linien durch die kollinearen Punkte umfasst, wobei der Schnittpunkt und die Linien eine bekannte Positionsbeziehung mit den anderen Abschnitten des Flugzeugs haben, von dem das Prozessorsystem ferner die Positionen weiterer Abschnitte des Flugzeugs bestimmt, wobei das Prozessorsystem Bewegungsgrenzen der Kräne relativ zum Flugzeug ermittelt.
  • Dokument DE 102012006371 betrifft ein Verfahren zum Drucken auf einem Objekt.
  • Dokument WO 2007101475 betrifft ein automatisiertes System mit einem hängenden Roboter zum Behandeln von Oberflächen, insbesondere von Flugzeugen, umfassend einen Träger P, bestehend aus einem Laufkran, einem beweglichen Wagen am Laufkran und einem Teleskopmast, der vom Wagen getragen wird und sich von diesem nach unten erstreckt. Ein Behandlungsroboter wird an seinem unteren Ende vom Mast getragen. Das System ist mit GPS-Ortungsmitteln für den Innenbereich ausgestattet, die mehrere Sender, die in der Höhe an am Boden befestigten Säulen angeordnet sind, und unabhängig von einem Verbau, in dem das Behandlungssystem installiert ist, Empfänger, die von dem Teleskopmast getragen sind, und Empfänger, die an wahrnehmbaren Punkten des Objektes zu befestigen sind, um die Position eines Referenzpunkts des Roboters in einem zu messenden Behandlungsraum und die Position von wahrnehmbaren Punkten des Objekts in dem Behandlungsraum zu erfassen, sowie Mittel zum Signalisieren der erfassten Position des Referenzpunkts und von wahrnehmbaren Punkten des Objekts an ein System umfasst, das die Trageinheit und den Roboter auf der Grundlage der erfassten Positionen und der dreidimensionalen Form des in dem Verwaltungssystem gespeicherten Objekts steuert.
  • Eine einzige Kollision zwischen einer beweglichen Arbeitsbühne und einem Personentransportfahrzeug kann sehr kostspielig und für den auf der Arbeitsbühne befindlichen Menschen gefährlich sein.
  • Der nächstliegende Stand der Technik wird von Dokument US 5359542 bereitgestellt, da es dasselbe Gebiet betrifft und ein ähnliches Problem gelöst werden muss.
  • Die Unterschiede zwischen Dokument US 5359542 und der vorliegenden Erfindung lauten wie folgt:
  • Vorrichtung zum Erzeugen einer Punktewolke (1A), die die tatsächliche äußere Form eines Personentransportfahrzeuges (1) darstellt, zum Ermitteln der Ausrichtung des Personentransportfahrzeuges (1) in dem Gebäude und zum Ermitteln der relativen Ausrichtung von wenigstens einer beweglichen Arbeitsbühne (2), wobei die Ausrichtung des Personentransportfahrzeuges (1) und die Ausrichtung der beweglichen Arbeitsbühne (2) in Bezug zu wenigstens einem bekannten Bezugspunkt (R1) eines Gebäudes (4) gesetzt werden, wobei die Vorrichtung umfasst:
    • - dass wenigstens ein bekannter Referenzpunkt (R1) des Gebäudes (4) der Ursprungspunkt eines Koordinatensystems mit 6 Freiheitsgraden ist und als zentraler gemeinsamer Referenzpunkt dient und
    • - wenigstens eine dreidimensionale Abtasteinrichtung (3) zum Ermitteln der tatsächlichen äußeren Form des Personentransportfahrzeuges (1) und
    • - wenigstens eine stationäre Recheneinrichtung (6) zum Erzeugen der Punktewolke (1A), die die tatsächliche äußere Form des Personentransportfahrzeuges (1) darstellt, und
    • - wobei die Einstelleinrichtung (8) die Ausrichtung der beweglichen Arbeitsbühne (2) gemäß Referenzpunkt (R2) auf bis zu 6 Freiheitsgrade in Bezug auf den Referenzpunkt (R1) einstellt, und
    • - wenigstens einen ersten Prozessor (21) zum Erzeugen eines dreidimensionalen Modells (2A), das die bewegliche Arbeitsbühne (2) darstellt, und
    • - den ersten Prozessor (21) zum Ermitteln der Position und der Ausrichtung der bis zu 6 Freiheitsgrade des dreidimensionalen Modells (2A), das die bewegliche Arbeitsbühne (2) darstellt, und
    • - wobei die dreidimensionale Abtasteinrichtung (3), die Einstelleinrichtung (8), die stationäre Recheneinrichtung (6) und der erste Prozessor (21) über eine Datenübertragungseinrichtung miteinander verbunden sind und
    • - wobei der erste Prozessor (21) verwendet wird, um Kollisionen zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) und dem Personentransportfahrzeug (1) zu verhindern.
  • Die technische Auswirkung der Unterschiede zwischen Dokument US 5359542 und der vorliegenden Erfindung besteht in dem Erzeugen einer Punktewolke (1A), die die tatsächliche äußere Form eines Personentransportfahrzeuges (1) darstellt. Die Technik, bei der eine Punktewolke verwendet wird, stellt eine neue Technologie dar, die zum Zeitpunkt der Einreichung von US 5359542 nicht vorhanden war, die jedoch eine erhebliche Verbesserung darstellt, da sie zusätzlich, wie dies eine Antenne durchführt, Protuberanzen des HTV (1) abtasten kann, was mit US 5359542 nicht möglich ist.
  • Das zu lösende technische Problem besteht darin, eine alternative, verbesserte Vorrichtung zum Verhindern von Kollisionen zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) und dem Personentransportfahrzeug (1) bereitzustellen. Ein weiteres zu lösendes Problem besteht darin, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Festlegens der Softwaregrenzen für die jeweiligen Bewegungen zu verbessern.
  • In Bezug auf Dokument US 5359542 (auch als „Boeing-Patent“ bezeichnet) lauten die Hauptunterschiede zur vorliegenden Erfindung wie folgt:
    1. A) Im Boeing-Patent wird die Fläche des Flugzeugs (Hindernisses) in zwei Abschnitten definiert, erstens der „abgetastete Abschnitt“ (durch Erfassen von 4 Flügelkanten mittels Fotozellen und mittels Sichtmessung der Höhe, um die Position des Flugzeugs im Hangar zu ermitteln), und zweitens der „andere Abschnitt des Flugzeugs“ (CATIA-Zeichnungen werden manuell umgewandelt und zu PLC-spezifischen Datenblöcken verarbeitet). Bei der vorliegenden Erfindung wird die gesamte Flugzeugoberfläche mittels einer 3D-LIDAR-basierten Abtastsitzung definiert. Die Abtastsitzung resultiert in einer Punktewolke. Die Punktewolke wird automatisch in Beziehung zu ortsfesten, kalibrierten Referenzzielen und auf den Hangar gesetzt.
    2. B) Beim Boeing-Patent müssen die PLC-spezifischen Datenblöcke des „anderen Abschnittes des Flugzeugs“, die auf dem CATIA-Modell des Flugzeugs basieren, durch Ingenieurstätigkeit erstellt werden, was eine beträchtliche Arbeit darstellt, und sie müssen für jeden weiteren Flugzeugtyp neu erstellt werden (visuelles Ermitteln der Position von „Stationslinien“ und Zuschneiden des Modells in „Stationslinien“ (X); visuelles Identifizieren der Position von „Wasserlinien“ (Z) an bestimmten Stellen über der Außenhaut; manuelles Entwerfen, Berechnen und Erstellen der Daten für jeden Datenblock (Kreisursprungspunkt, Anfangsradius, Ankerlinie, Verjüngungsmultiplikator, Ellipsenursprung, Ellipsenverstärkungswerte; manuelles Entwickeln von Anwendungssoftware, vorranging basierend auf Trigonometrie, um Entfernungen für bestimmte Bereiche der Außenhaut in Echtzeit zu berechnen; zusätzliche Datensätze werden manuell durch Ingenieurstätigkeit für die verschiedenen Klappenpositionen erstellt). Bei der vorliegenden Erfindung ist die Nachbearbeitung der resultierenden Punktewolke ein automatischer Prozess, der unabhängig vom Flugzeugtyp von einer Software ausgeführt wird (automatisches Filtern der Punktewolke; automatisches Hinzufügen von Formen (Schürzen); automatisches Erstellen der vollständigen gebrauchsfertigen Flugzeugdaten).
    3. C) Beim Boeing-Patent werden die Flugzeugdaten einmal pro Flugzeugmodell in Datenblöcken definiert und dieselben Daten immer für denselben physischen Flugzeugtyp wiederverwendet. Bei der vorliegenden Erfindung wird das Flugzeug bei jedem Einfahren in den Hangar erneut abgetastet.
    4. D) Beim Boeing-Patent funktioniert das Prinzip der Antikollisionserkennung dadurch, dass die Position der Ecken der Grundstruktur und der Aufprallpunkte der beweglichen Arbeitsbühne mit der berechneten Oberfläche des Flugzeugs verglichen wird. Bei der vorliegenden Erfindung funktioniert das Prinzip der Antikollisionserkennung durch Berechnen der Durchdringungen aller gemessenen Punkte, die zu der tatsächlichen äußeren Oberfläche/Form des Personentransportfahrzeuges, beispielsweise eines Flugzeugs, gehören, zu einem virtuellen 3D-Modell, das die bewegliche Arbeitsbühne einschließlich aller physischen Grenzen wie Arbeitsfläche, Handläufe, Befestigungen und anderer Zubehörteile sowie gegebenenfalls des Trag- oder Hängemastes darstellt.
    5. E) Beim Boeing-Patent sind alle zusätzlichen „anderen Objekte“ an fixen Positionen zu planen, so müssen beispielsweise die möglichen Bereiche, in denen sich Mülleimer befinden, geplant, auf dem Boden markiert und innerhalb der Datenblöcke vorgefertigt werden. Bei der vorliegenden Erfindung kann jedes weitere Objekt zusätzlich während der 3D-Abtastsitzung abgetastet und automatisch der Punktewolke hinzugefügt werden. Dies bedeutet, dass neue Hindernisse, die an einer bestimmten Position vorhanden sind, automatisch integriert werden können.
    6. F) Das Boeing-Patent bietet keine Lösung für außergewöhnlich hervorstehende Teile. Besitzt bei der vorliegenden Erfindung das HTV außergewöhnlich kleine hervorstehende Teile (z.B. Antennen, ...), die mit höherer Auflösung abgetastet werden müssen, kann der 3D-Scanner auf eine hohe Auflösung umgeschaltet werden und die spezifischen Vorsprünge können zusätzlich abgetastet werden. Die resultierende Punktewolke wird automatisch in die Hauptpunktewolke eingefügt.
    7. G) Beim Boeing-Patent wird Antikollision zwischen den Arbeitsbühnen durchgeführt, indem Ultraschallsensoren auf der Ebene der Brückenbewegung verwendet werden, wobei der relative Abstand zwischen zwei benachbarten Brücken in einem weiten Bereich gemessen wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Antikollisionsassistent zwischen Arbeitsbühnen permanent von den integrierten Steuerungen ausgeführt, indem wechselseitig die relative Position und Ausrichtung zu anderen benachbarten Arbeitsbühnen nicht nur durch wechselseitige Brückenentfernungsüberprüfung, sondern auf der Grundlage der tatsächlichen Positionen (Koordinaten) der Ursprungspunkte der implizierten beweglichen Arbeitsbühne gemessen werden.
  • Kurzdarstellung der Erfindung:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Punktewolke (1A), die die tatsächliche äußere Form eines in einem Gebäude (4) befindlichen Personentransportfahrzeugs (1) darstellt, die eingerichtet ist, um die Position und Ausrichtung des Personentransportfahrzeuges (1) in dem Gebäude (4) zu ermitteln, und eingerichtet ist, um die relative Position und Ausrichtung von wenigstens einer beweglichen Arbeitsbühne (2) in dem Gebäude (4) zu ermitteln, wobei die Position und die Ausrichtung des Personentransportfahrzeuges (1) und die Position und Ausrichtung der beweglichen Arbeitsbühne (2) in Bezug auf wenigstens einen bekannten Bezugspunkt (R1) in dem Gebäude (4) gesetzt wird, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, um Kollisionen zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) und dem Personentransportfahrzeug (1) zu verhindern, wobei die Vorrichtung umfasst:
    • - wenigstens einen bekannten Bezugspunkt (R1) in dem Gebäude (4), wobei (R1) der Ursprungspunkt eines Koordinatensystems mit 6 Freiheitsgraden ist und als zentraler gemeinsamer Bezugspunkt dient, und
    • - wenigstens eine dreidimensionale Abtasteinrichtung (3) die zum Ermitteln der tatsächlichen äußeren Form eines Personentransportfahrzeuges (1) eingerichtet ist, und
    • - wenigstens eine stationäre Recheneinrichtung (6) die zum Erzeugen einer Punktewolke (1A) anhand von Daten der dreidimensionalen Abtasteinrichtung (3) eingerichtet ist, wobei die Punktewolke (1A) die tatsächliche äußere Form des Personentransportfahrzeuges (1) darstellt, und
    • - einen bekannten Referenzpunkt (R2) der beweglichen Arbeitsbühne (2), der sich auf der beweglichen Arbeitsbühne (2) innerhalb des Gebäudes (4) befindet, und
    • - wenigstens eine Einstelleinrichtung (8), die eingerichtet ist, um die Position und Ausrichtung auf bis zu 6 Freiheitsgrade der beweglichen Arbeitsbühne (2) innerhalb des Gebäudes (4) gemäß dem Bezugspunkt (R2) der beweglichen Arbeitsbühne (2) in Bezug auf die Position des Gebäudereferenzpunkts (R1) einzustellen, und
    • - wobei die dreidimensionale Abtasteinrichtung (3), die Einstelleinrichtung (8), die stationäre Recheneinrichtung (6) und wenigstens ein erster Prozessor (21) über eine Datenübertragungseinrichtung (30, 31, 32) miteinander verbunden sind und
    • - wobei der eine erste Prozessor (21) eingerichtet ist, um Kollisionen zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) in dem Gebäude (4) und dem Personentransportfahrzeug (1) durch Vergleichen der Position einzelner Punkte der erzeugten Punktewolke (1A) mit der Position und Ausrichtung des dreidimensionalen Modells (2A) zum Erkennen einer Kollisionsgefahr zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) und dem menschlichen Transportfahrzeug (1) zu verhindern,
    dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Prozessor (21) eingerichtet ist, um ein dreidimensionales Modell (2A) zu erzeugen, das die bewegliche Arbeitsbühne (2) darstellt, und der erste Prozessor (21) ferner eingerichtet ist, um die bis zu 6 Freiheitsgrade der Position und Ausrichtung des dreidimensionalen Modells (2A) zu ermitteln, das die bewegliche Arbeitsbühne (2) darstellt.
  • Vorzugsweise bezieht sich die dreidimensionale Abtasteinrichtung (3) auf wenigstens zwei Gebäudereferenzziele (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10), die sich selbst wiederum auf den wenigstens einen bekannten Gebäudebezugspunkt (R1) beziehen.
  • Vorzugsweise ist lediglich eine oder wenigstens eine bewegliche Arbeitsbühne (2) auf jeder Seite der Längsachse des Personentransportfahrzeugs (1) vorhanden.
  • Vorzugsweise sind 2, 3, 4 oder 5 bewegliche Arbeitsbühnen (2) auf jeder Seite der Längsachse des Personentransportfahrzeugs (1) vorhanden.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der beweglichen Arbeitsbühne (2) entweder um eine an einem Gebäudedach hängende Arbeitsbühne oder eine am Boden verankerte Arbeitsbühne oder eine Arbeitsbühne mit Rädern oder eine Kombination aus einer an einem Gebäudedach hängenden Arbeitsbühne und einer am Boden verankerten Arbeitsbühne und einer Arbeitsbühne mit Rädern.
  • Vorzugsweise wird die bewegliche Arbeitsbühne (2) automatisch oder manuell gesteuert.
  • Vorzugsweise trägt die wenigstens eine bewegliche Arbeitsbühne (2) eine oder eine Vielzahl von Druckvorrichtungen oder von Kameras oder von Robotern oder von Oberflächenbehandlungsvorrichtungen oder von Menschen oder eine Kombination aus einer Druckvorrichtung und einer Kamera und einem Roboter und einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung und einem Menschen.
  • Vorzugsweise kann es sich bei dem Personentransportfahrzeug (1) um ein Flugzeug, einen Hubschrauber, eine Rakete, ein Raumschiff, ein Trägerraketenfahrzeug, einen Zug, ein Auto, einen Bus oder ein Schiff oder um einen Teil eines beliebigen der zuvor genannten Personentransportfahrzeuge (1) handeln.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung kalibrierte Referenzziele (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10), die sich während des Erzeugens der Punktewolke an nicht beweglichen Standorten des Gebäudes (4) befinden (1A).
  • Vorzugsweise kann die dreidimensionale Abtasteinrichtung (3) während des Erzeugens der Punktewolke (1A) von der beweglichen Arbeitsbühne (2) getragen werden oder nicht.
  • Vorzugsweise basiert die Datenübertragungseinrichtung auf einer Ethernet-basierten LAN- (30) oder WLAN-Infrastruktur (31, 32).
  • Vorzugsweise umfasst die stationäre Recheneinrichtung (6) wenigstens einen Hauptserver (10) und wenigstens einen zweiten Prozessor (20) zur dreidimensionalen Datenverarbeitung pro dreidimensionaler Abtasteinrichtung (3) sowie wenigstens einen ersten Prozessor (21) für die Antikollisionsverwaltung und wenigstens einen Desktop einer grafischen Benutzeroberfläche (11) und eine Ethernet-Infrastruktur (30,31,32), die alle miteinander verbindet.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung der Vorrichtung zum Verhindern von Kollisionen zwischen der wenigstens einen beweglichen Arbeitsbühne (2) und dem Personentransportfahrzeug (1).
  • Vorzugsweise vergleicht der erste Prozessor (21), der in die Arbeitsbühne (2) integriert ist, die Position einzelner Punkte der erzeugten Punktewolke (1A) mit der Position und Ausrichtung des dreidimensionalen Modells (2A), so dass, wenn eine Kollisionsgefahr zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) und dem Personentransportfahrzeug (1) erkannt wird, eine vorbestimmte Entschleunigungskurve bis zum vollständigen Stopp umgesetzt wird, um einen vorbestimmten Mindestabstand zu einem physischen Kontakt zwischen einem beliebigen Teil des Personentransportfahrzeuges (1) und der beweglichen Arbeitsbühne (2) zwingend einzuhalten.
  • Vorzugsweise liegt der Mindestabstand zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) und dem Personentransportfahrzeug (1) zwischen 100 mm und 200 mm, vorzugsweise 150 mm.
  • Vorzugsweise dient die Vorrichtung dem Umsetzen einer dynamischen Pfadplanung (Dynamic Path Planning, DPP) für die wenigstens eine bewegliche Arbeitsbühne (2), um manuell gesteuerte Bewegungen der beweglichen Arbeitsbühne (2) zum oder entlang des Personentransportfahrzeuges (1) auf der Grundlage vorprogrammierter Bewegungsbahnen teilweise oder vollständig zu automatisieren.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner ein Verfahren zum Erzeugen einer Punktewolke (1A), die die tatsächliche äußere Form eines in einem Gebäude (4) befindlichen Personentransportfahrzeugs (1) darstellt, sowie zum Ermitteln der Position und Ausrichtung des Personentransportfahrzeuges (1) in dem Gebäude und zum Ermitteln der relativen Position und Ausrichtung von wenigstens einer beweglichen Arbeitsbühne (2) mit bis zu 6 Freiheitsgraden, wobei das Verfahren dazu dient, Kollisionen zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) und dem Personentransportfahrzeug (1) zu verhindern, gemäß der Definition in Anspruch 1, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    1. A) Ermitteln, dass der bekannte Referenzpunkt (R1) des Gebäudes (4) der Ursprungspunkt eines Koordinatensystems mit 6 Freiheitsgraden ist und als zentraler gemeinsamer Referenzpunkt dient und
    2. B) Ermitteln der tatsächlichen äußeren Form des Personentransportfahrzeuges (1) mittels wenigstens einer dreidimensionalen Abtasteinrichtung (3) und
    3. C) Erzeugen einer Punktewolke (1A), die die tatsächliche äußere Form des Personentransportfahrzeuges (1) darstellt, mittels wenigstens einer stationären Recheneinrichtung (6) und
    4. D) Ermitteln eines bekannten Referenzpunkts (R2) der beweglichen Arbeitsbühne (2), der sich auf der beweglichen Arbeitsbühne (2) befindet, und
    5. E) Einstellen der Position und Ausrichtung auf bis zu 6 Freiheitsgrade der beweglichen Arbeitsbühne (2) gemäß Referenzpunkt (R2) in Bezug auf den Referenzpunkt (R1) mittels wenigstens einer Einstelleinrichtung (8),
    6. F) Erzeugen eines dreidimensionalen Modells (2A), das die bewegliche Arbeitsbühne (2) darstellt, mittels wenigstens eines ersten Prozessors (21) und
    7. G) Ermitteln der bis zu 6 Freiheitsgrade der Position und Ausrichtung des dreidimensionalen Modells (2A), das die bewegliche Arbeitsbühne (2) darstellt, mittels des ersten Prozessors (21) und
    8. H) Kommunizieren zwischen der dreidimensionalen Abtasteinrichtung (3), der Einstelleinrichtung (8), der stationären Recheneinrichtung (6) und dem ersten Prozessor (21) über eine Datenübertragungseinrichtung.
    9. I) Vergleichen der Position einzelner Punkte der erzeugten Punktewolke (1A) mit der Position und Ausrichtung des dreidimensionalen Modells (2A), um eine Kollisionsgefahr zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) und dem Personentransportfahrzeug (1) zu erkennen.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren einen zusätzlichen Schritt J), bei dem es sich um Einhalten einer vorbestimmten Entschleunigungskurve mittels des ersten Prozessors (21) bis zu einem vollständigen Stopp handelt, um einen vorbestimmten Mindestabstand zu einem physischen Kontakt zwischen einem beliebigen Teil des Personentransportfahrzeuges (1) und der beweglichen Arbeitsbühne (2) zwingend einzuhalten.
  • Vorzugsweise nehmen die Schritte B) und C) des Verfahrens zwischen 60 Minuten und 80 Minuten in Anspruch.
  • Vorzugsweise weisen die Schritte B) und C) und I) des Verfahrens eine Auflösung der Punktewolke (1A) des Personentransportfahrzeuges (1) zwischen 10 mm und 50 mm auf.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Punktewolke (1A), die ein Personentransportfahrzeug (1) in einem Gebäude (4) und eine bewegliche Arbeitsbühne (Movable Work Platform MWP) (2) auf jeder Längsseite des Personentransportfahrzeuges (HTV) (1), beispielsweise ein Flugzeug, sowie alle zur Durchführung der vorliegenden Erfindung wesentlichen Einrichtungen darstellt. Die bewegliche Arbeitsbühne (2) bewegt sich entlang des HTV (1), ohne mit dem HTV (1) in Kontakt zu sein.
    • 2 zeigt eine Vorderansicht einer Punktewolke (1A), die ein HTV (1), beispielsweise ein Flugzeug, in einem Gebäude (4), den Bezugspunkt R1, zwei Arbeitsbühnen (2) auf jeder Längsseite des HTV an verschiedenen Positionen und die Referenzziele (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10) darstellt.
    • 3 zeigt eine Seitenansicht einer Punktewolke (1A), die ein HTV (1), beispielsweise ein Flugzeug, in einem Gebäude (4), den Bezugspunkt R1, zwei Arbeitsbühnen (2) an verschiedenen Positionen und die Referenzziele (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10) darstellt.
    • 4 zeigt die Position des Bezugspunkts R2 am Schnittpunkt zwischen dem Boden der beweglichen Arbeitsbühne und der vertikalen Achse des vertikalen Teleskoparms und zeigt ferner das Freiheitsgradsystem (6DoF) auf einer an einem Gebäudedach aufgehängten beweglichen Arbeitsbühne (2).
    • 5 zeigt die Position des Bezugspunkts R2 auf einer am Boden verankerten beweglichen Arbeitsbühne (2) und ein Freiheitsgradsystem (6DoF).
    • 6A ist eine schematische Ansicht des Koordinatensystems mit sechs Freiheitsgraden in Bezug zu R2.
    • 6B ist eine schematische Ansicht des Koordinatensystems mit sechs Freiheitsgraden in Bezug zu R1.
    • 7 ist eine Fotografie, die ein HTV, beispielsweise ein Flugzeug, in einem Gebäude und eine bewegliche Arbeitsbühne auf jeder Längsseite des HTV auf unterschiedlicher Höhe zeigt.
    • 8 zeigt die erzeugte Punktewelle (1A) eines HTV (1), beispielsweise eines Flugzeugs, in einem Gebäude (4) sowie das erzeugte dreidimensionale Modell (2A) zweier beweglicher Arbeitsbühnen (2).
    • 9: zeigt ein Gebäude (4) mit einer klassischen Formgestaltung.
    • 10 zeigt eine für ein Flugzeug optimierte Gebäudeform (4).
    • 11 zeigt die Hardwarekonfiguration, das Netzwerk- und Verbindungsdiagramm zwischen den Geräten, die das Kollisionsvermeidungssystem der vorliegenden Erfindung bilden.
    • 12 zeigt das Datenflussdiagramm zwischen den Geräten, die das Kollisionsvermeidungssystem der vorliegenden Erfindung bilden.
    • 13A zeigt eine Draufsicht auf Hauptparameter zum Definieren eines vereinfachten virtuellen dreidimensionalen Modells (2A) auf einer an einem Gebäudedach aufgehängten Arbeitsbühne.
    • 13B zeigt eine Seitenansicht von Hauptparametern zum Definieren eines vereinfachten virtuellen dreidimensionalen Modells (2A) auf einer an einem Gebäudedach aufgehängten Arbeitsbühne.
    • 14A zeigt eine Seitenansicht eines virtuellen Kerns (70) und von Sicherheitsschalen (71, 72) und einen R2, der eine MWP (2) darstellt.
    • 14B zeigt eine Vorderansicht eines virtuellen Kerns (70) und von Sicherheitsschalen (71, 72), die repräsentativ für eine an einem Gebäudedach aufgehängte bewegliche Arbeitsbühne (2) und von R2 sind.
    • 14C zeigt eine Draufsicht auf einen virtuellen Kern (70) und Sicherheitsschalen (71, 72), die eine an einem Gebäudedach aufgehängte bewegliche Arbeitsbühne (2) und R2 darstellt.
    • 14D zeigt eine perspektivische Ansicht eines virtuellen Kerns (70) und von Sicherheitsschalen (71, 72), die eine an einem Gebäudedach aufgehängte bewegliche Arbeitsbühne (2) und R2 darstellt.
  • Ausführliche technische Beschreibung:
  • In Bezug auf 1, 2 und 3 wird das Positionsbestimmungs- und Kollisionsvermeidungssystem der vorliegenden Erfindung normalerweise zum Ermitteln der äußeren Oberfläche/Form sowie der Position von Hindernissen wie einem Personentransportfahrzeug (HTV) (1), insbesondere einem Flugzeug, in einem bestimmten Bereich eines Gebäudes (4), wie beispielsweise einem Lackier- und Wartungshangar, zum Ermitteln und Einstellen von Softwaregrenzen für die Bewegung wenigstens einer beweglichen Arbeitsbühne (MWP) (2) und zum Steuern der MWPs (2) zur Kollisionsvermeidung verwendet.
  • In Bezug auf 7, 9 und 10 wird das System normalerweise in einem Gebäude (4), wie einem Lackier- und/oder Wartungshangar für Flugzeuge, betrieben, wo die typische Gesamtgröße des Gebäudes (4) für das Parken eines einzigartigen Flugzeuges ungefähr 80 m bis 90 m Länge, 70 m bis 80 m Breite und 30 m bis 35 m Höhe beträgt. Die Formgestaltung des Gebäudes (4) kann klassisch (siehe 9) oder für die Flugzeuglackierung optimiert sein (siehe 10).
  • 7 zeigt ein Flugzeug (1) in einem Gebäude und eine bewegliche Arbeitsbühne (2) auf jeder Seite des Flugzeugs (1).
  • Das Gebäude (4) ist mit beweglichen Arbeitsbühnen MWP (2) ausgestattet, wobei es sich bei den MWPs (2) entweder um vom Dach hängende Arbeitsbühnen oder am Boden verankerte Arbeitsbühnen oder bodengestützte mobile Arbeitsbühnen oder eine Kombination aus vom Dach hängenden Arbeitsbühnen, am Boden verankerten Arbeitsbühnen und bodengestützten mobilen Arbeitsbühnen handelt.
  • 4 und 5 zeigen typische MWPs, entweder von einem Gebäudedach hängend (4) oder am Boden verankert (5).
  • Eine MWP (2) befördert typischerweise Bediener, um zu Inspektions- oder sonstigen Arbeitszwecken auf verschiedene Punkte in der Nähe des HTV (1) zuzugreifen. Sie kann auch, statt zum Tragen von Bedienern oder in Kombination zu Bedienern, mit speziellen Vorrichtungen, umfassend eine Druckvorrichtung oder eine Kamera oder einen Roboter oder eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung, ausgestattet sein.
  • Eine MWP (2) wird normalerweise manuell von Bedienern gesteuert, kann aber auch ganz oder teilweise automatisiert sein.
  • Die MWP (2) kann sich in bis zu sechs Freiheitsgraden bewegen.
  • Das Gebäude (4) ist vorzugsweise mit zwei, vier oder sechs MWPs (2) ausgestattet, wobei die Hälfte der MWPs (2) vorzugsweise entlang der linken Seite des HTV (1) und die andere Hälfte auf der anderen Seite des HTV (1) verläuft.
  • In dem Gebäude (4) ist wenigstens ein HTV (1) geparkt, wobei es sich bei dem HTV (1) um ein Flugzeug, eine Rakete, ein Raumschiff, ein Trägerraketenfahrzeug, einen Zug, ein Auto, einen Bus oder ein Schiff oder anderes oder um einen Teil der zuvor genannten HTVs (1) handeln kann.
  • In dem Gebäude (4) können auch andere anwendungsspezifische Geräte installiert, befestigt oder beweglich sein, die das Gebäude (4) oder den Prozess betreffen, üblicherweise Treppen oder Leitern oder Gerüste oder Stege oder sonstige Arbeitsbühnen sowie Teile der baulichen Anlagen des Gebäudes wie Wände oder Säulen.
  • Bedeutung der äußeren Oberfläche/Form: Da ein HTV (1) normalerweise nicht jedes Mal genau an derselben Position im Gebäude (4) geparkt wird, und da unterschiedliche HTVs (1) eine unterschiedliche Lage/Ausrichtung aufweisen und ihre äußere Form im Vergleich zu einem theoretischen CAD-Modell aufgrund unterschiedlicher Belastungen an Bord des HTV (1), unterschiedlicher stoßdämpfender Kompressionen und unterschiedlicher Reifendrücke, unterschiedlicher Ausrüstung und Anhänge Veränderungen durchläuft, muss die tatsächliche äußere Oberfläche/Form des HTV (1) als eine Punktewolke (1A) in Bezug zu wenigstens einem bekannten Gebäudereferenzpunkt (R1) ermittelt werden, der als zentraler Referenzpunkt für einen absoluten Ursprung eines Systems mit sechs Freiheitsgraden im Raum des Gebäudes (4) dient, in Bezug auf den sich die MWPs (2) bewegen. Im gleichen Kontext werden die Position und Ausrichtung von bis zu sechs Freiheitsgraden des HTV (1) ermittelt.
  • Vorzugsweise weist das Verfahren eine Auflösung der Punktewolke (1A) des HTV (1) zwischen 10 mm und 50 mm auf, wobei die Auflösung für einfache Formen (Rumpf eines Flugzeugs) niedriger und für komplexere Formen (kleine Antennen) höher sein kann. Vorzugsweise nimmt das Verfahren zum Erfassen und Verarbeiten einer vollständigen Punktewolke zwischen 60 Minuten und 80 Minuten in Anspruch.
  • Bei einer Einstelleinrichtung (8) handelt es sich normalerweise um eine Kombination aus mehreren Geräten, wie beispielsweise wenigstens einem Kodierer und wenigstens einer speicherprogammierbaren Steuerung (PLC, Programmable Logic Control) (12), siehe 11.
  • Die Position der MWP (2) wird mit der Einstelleinrichtung (8) ermittelt, um einen bekannten Bezugspunkt (R2) für MWP (2) in Bezug auf (R1) zu ermitteln.
  • Für eine typische Anwendung zur Kollisionsvermeidung wird ein dreidimensionales Modell (2A), das die MWP (2) darstellt, in Bezug auf die Position und Ausrichtung von bis zu 6 Freiheitsgraden, die in Bezug zu dem Referenzpunkt (R2) gesetzt wurden, auf der Grundlage der Einstelleinrichtung (8) erzeugt.
  • Bei dem dreidimensionalen Modell (2A) handelt es sich um eine Kombination vereinfachter Formen, die nicht nur die Arbeitsfläche der beweglichen Arbeitsbühne, sondern auch Handläufe, Befestigungen, Führungsmasten und andere Zubehörteile umfasst und so realitätsnah wie möglich optimiert ist.
  • Die resultierende Hülle des dreidimensionalen Modells (2A), die die MWP (2) darstellt, wird proportional zu den gewünschten Sicherheitsfaktoren erweitert, um virtuelle Sicherheitsschalen darum zu bilden. Die Position einzelner Punkte der erzeugten Punktewolke (1A), die das HTV (1) darstellt, wird mit der Position des dreidimensionalen Modells (2A) verglichen. Wenn also eine Gefahr einer möglichen Kollision zwischen der MWP (2) und dem HTV (1) erkannt wird, wird eine vorbestimmte Entschleunigungskurve bis zum vollständigen Stopp der MWP (2) umgesetzt, um einen vorbestimmten Mindestabstand zwingend einzuhalten, so dass ein physischer Kontakt zwischen einem beliebigen Teil des HTV (1) und des MWP (2) vermieden wird.
  • Es werden typische Einstellungen vorgenommen, um eine Geschwindigkeitsreduzierung bei einem Abstand von etwa 800 mm bis 1000 mm zwischen der MWP (2) und dem HTV (1) sowie einen vollständigen Stopp bei einem Mindestabstand zwischen der MWP (2) und dem HTV (1) von etwa 100 mm bis 200 mm sicherzustellen.
  • Die Richtung der möglichen Kollisionsgefahr wird so ermittelt, dass lediglich Bewegungen der MWP (2) in Richtung des HTV (1) begrenzt werden.
  • 8 zeigt die erzeugte Punktewolke (1A) eines Flugzeugs (1) in einem Gebäude sowie das erzeugte dreidimensionale Modell (2A) einer beweglichen Arbeitsbühne (2).
  • Da die Punktewolke (1A) andere Punkte als nur das HTV (1) enthalten kann, die sich auf andere Objekte beziehen, die in dem Gebäude (4) und in dem Arbeitsbereich der beweglichen Arbeitsbühne vorhanden sind, kann die Kollisionsvermeidungsanwendung erweitert und mit den gleichen Effekten auch auf die anderen Elemente angewendet werden.
  • Da die verschiedenen MWPs (2) möglicherweise denselben Arbeitsbereich gemeinsam nutzen, kann die Kollisionsvermeidungsanwendung zu einer Kollisionsvermeidung zwischen MWPs (2) erweitert werden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung der Vorrichtung zum Automatisieren von aktuell manuell gesteuerten Bewegungen der MWP (2) entlang des HTV (1) auf der Grundlage vorprogrammierter Bewegungsbahnen.
  • Die zur Beschreibung des Koordinatensystems verwendete Terminologie, gemäß dem die tatsächliche äußere Oberfläche/Form und Position/Ausrichtung des HTV (1) ermittelt wird und in Bezug auf das sich die MWP (2) bewegt, wird im Folgenden angegeben.
  • In Bezug auf 1, 2, 3 und 6a handelt es sich bei dem einen bekannten absoluten Gebäudereferenzpunkt (R1) um einen vorbestimmten Punkt, der sich innerhalb des Gebäudes (4) befindet und der Ursprungspunkt des Koordinatensystems mit sechs Freiheitgraden ist. Bei der ersten Inbetriebnahme wird die genaue Position einmalig mit einem speziellen Messgerät wie einem Lasertracker eingestellt und kann von Gebäude zu Gebäude leicht variieren. Dieser Punkt wird als gemeinsamer Bezugspunkt für alle Systeme definiert. Zum Ermitteln der X-, Y- und Z-Ausrichtung wird folgende Konvention zugelassen: Die Eintrittsausrichtung des HTV (1) in dem Gebäude (4) gibt die Ausrichtung der X-Achse an. Zum Ermitteln der anderen Achse und der Rotationen wird die kartesische Rechtshandregel verwendet, wobei die X-Achse die Haupthorizontalrichtung, die Y-Achse orthogonal zur X-Achse und die Z-Achse rechtwinklig zur XY-Ebene ist.
  • In Bezug auf 4, 5 und 6B ist der relative Bezugspunkt der MWP (2) R2 ein vorbestimmter Punkt, der zu der MWP (2) gehört und für jeden MWP-Typ (2) identisch ist. Bei dem R2 kann es sich um den Schwerpunkt oder einen anderen beliebigen Punkt handeln und er kann einmalig unter Verwendung von CAD definiert werden. R2 ist der Ursprung eines Systems mit sechs Freiheitsgraden (6DoF), das sich auf die Bewegungsfreiheit der MWP (2) im dreidimensionalen Raum bezieht. Die MWP (2) kann die Position in der Verschiebung in drei senkrechten Achsen als Vorwärts/Rückwärts, Auf/Ab, Links/Rechts ändern und die Ausrichtung durch positive oder negative Rotation um die drei senkrechten Achsen ändern, die als Roll, Nick und Gier bezeichnet werden. Vorzugsweise steuert der Bediener die MWP (2) relativ zu R2.
  • Zum Ermitteln der äußeren Oberfläche des HTV (1) wird wenigstens eine dreidimensionale Abtasteinrichtung (3) verwendet. Bei einer dreidimensionalen Abtasteinrichtung (3) handelt es sich normalerweise um eine LiDAR-basierte Technologie, die zum Messen von Entfernungen bis zum Ziel rundherum gepulstes Laserlicht verwendet, indem dieses Ziel beleuchtet wird und die reflektierten Impulse mit einem Sensor so gemessen werden, dass Unterschiede in den Laserrücklaufzeiten und -wellenlängen zum Erzeugen digitaler 3D-Darstellungen des Ziels als Punktewolke verwendet werden können. Dieser Hochleistungs-Laserscanner ist vorzugsweise ein transportables, eingebettetes kalibriertes Neigungsmessgerät und verfügt vorzugsweise über drahtlose LAN-Datenübertragungseinrichtungen, ein autonomes Batteriesystem und Echtzeit-Erfassungstechnologie, beispielsweise den im Handel erhältlichen Scanner Faro Focus S70.
  • Die dreidimensionale Abtasteinrichtung (3) bezieht sich auf wenigstens zwei Gebäudereferenzziele (S1, S2), die sich selbst wiederum auf den wenigstens einen bekannten Gebäudereferenzpunkt (R1) beziehen. Vorzugsweise werden diese spezifischen Gebäudereferenzziele (S1, S2 usw.) kalibriert und bei der ersten Inbetriebnahme einmalig an einem nicht beweglichen Strukturteil oder am Boden platziert, wobei eine bestimmte Messvorrichtung wie ein Lasertracker verwendet wird.
  • Die dreidimensionale Abtasteinrichtung (3) wird so programmiert, dass sie zuerst diese Gebäudereferenzziele (S1, S2, S3 usw.) lokalisiert, bevor jeglicher Abtastvorgang gestartet und eine Punktewolke (1A) erzeugt wird.
  • Das Positionsbestimmungs- und Kollisionsvermeidungssystem der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl von MWPs (2) und Abtasteinrichtungen (3) umfassen. Die Anzahl und Art der MWPs (2) hängt von der Konfiguration des Gebäudes (4) ab. Die Menge der Abtasteinrichtungen (3) wird durch die für die Abtastvorgänge maximal zulässige Zeitdauer bestimmt. Der Abtastvorgang kann parallel durchgeführt werden, während mehrere Abtasteinrichtungen (3) verwendet werden. Normalerweise wird durch die Verwendung von zwei Abtasteinrichtungen (3) die Abtastbetriebszeit um die Hälfte verringert.
  • Hardware-Konfiguration:
  • Nachstehend wird auf 11 Bezug genommen, welche die Hardware-Konfiguration und das Netzwerk- und Verbindungsdiagramm zwischen den verschiedenen Gerätekomponenten, die das Positionsbestimmungs- und Kollisionsvermeidungssystem für ein System bilden, das auf zwei MWPs (2) und zwei Abtasteinrichtungen (3) basierend aufgebaut ist, veranschaulicht. Der Einfachheit halber gehört die MWP 1 (2) zur 3D-Abtasteinrichtung 1 (3) und arbeitet auf der linken Seite der Mittellinie des Gebäudes (4), und die MWP 2 (2) gehört zur 3D-Abtasteinrichtung 2 (3) und arbeitet auf der rechten Seite der Mittellinie des Gebäudes (4).
  • Das System besteht aus drei Haupt-Teilsystemen. Der dreidimensionalen Abtasteinrichtung (3), der stationären Recheneinrichtung (6) und dem Steuerungsgerät (7) der beweglichen Arbeitsbühne.
  • Der Begriff Datenübertragungsvorrichtung bezeichnet ein Gerät, das über Ethernet-basierte LAN-(30) oder WLAN-Schnittstellen (31, 32) kommuniziert und Daten austauscht.
  • LAN/WLAN (30,31,32):
  • Um eine drahtlose Ethernet-LAN-Einrichtung (32) zwischen den dreidimensionalen Abtasteinrichtungen (3) und den anderen Geräten zu gewährleisten, ist das Gebäude (4) mit drahtlosen Ethernet-LAN-Zugangspunkten (31) ausgestattet, die an der Gebäudestruktur des Gebäudes (4) befestigt sind, für eine optimierte Leistung vorzugsweise auf jeder Seite des Gebäudes (4) von der Mittellinie des Gebäudes (4) aus gesehen. Je nach Konfiguration des Gebäudes (4) können Anzahl und Position der Zugangspunkte (31) variieren. Alle drahtlosen Ethernet-LAN-Zugangspunkte sind mit dem Ethernet-LAN-Netzwerk verbunden (30). Alle zu dem Positionsbestimmungs- und Kollisionsvermeidungssystem gehörenden Geräte, die mit dem Ethernet-LAN-Netzwerk verbunden sind, besitzen den gleichen IP-Bereich und das gleiche Teilnetz und sollten vorzugsweise von fremden Netzwerken oder IP-Partnern getrennt sein, um Interferenzen zu vermeiden.
  • Die dreidimensionale Abtasteinrichtung (3).
  • Die dreidimensionalen Abtasteinrichtungen (3) besitzen vorzugsweise drahtlose LAN-Datenübertragungsvorrichtungen und sind innerhalb des LAN-Bereiches für ein automatisches erneutes Verbinden mit dem drahtlosen LAN-Netzwerk konfiguriert.
  • Stationäre Recheneinrichtung (6):
  • Die stationäre Recheneinrichtung (6) umfasst einen ersten dedizierten Prozessor (21) zur 3D-Datenverarbeitung (20) je dreidimensionaler Abtasteinrichtung (3). Die stationäre Recheneinrichtung (6) umfasst ferner einen Hauptserver (10), der als Hauptdatenbank für die Punktewolken und auch als Schnittstellen-Gateway zur Steuereinrichtung (7) für die bewegliche Arbeitsbühne dient. Bei dem Desktop der grafischen Benutzeroberfläche (11) handelt es sich normalerweise um einen interaktiven Bildschirm, der speziell für die Verwendung als Mensch-Maschine-Schnittstelle entwickelt wurde.
  • Steuerungsgerät für bewegliche Arbeitsbühnen (2):
  • Jede MWP (2) umfasst eine integrierte Steuerungsausrüstung einschließlich eines speicherprogrammierbaren Logik-Steuerungsgeräts (12), vorzugsweise des ausfallsicheren Typs, wie beispielsweise eine Siemens Simatic S7-3xx-F. Jede Stellgliedachse (13) der MWP (2) wird unabhängig von der PLC-basierten Mehrachsen-Antriebs- und Steuereinheit (14) gesteuert. Für die Stellgliedachse (13) sind alle Arten von Stellgliedern kompatibel, und für eine problemlosere Steuerung werden Umrichterantriebe oder steuerbare Proportionalventile bevorzugt, das System funktioniert jedoch auch, wenn Achsen direkt über Motorstarter angetrieben werden. Die aktuelle Position jeder Achse, die die MWP (2) bildet, wird unter Verwendung eines Satzes von absoluten Einstelleinrichtungen (8) ermittelt, die über einen Industriebus wie Profibus oder Profinet (15) direkt mit der PLC-Einheit (12) verbunden sind und gemäß dem nachstehend beschriebenen Verfahren in Bezug gesetzt werden. Die integrierte PLC-Einheit (12) ist mit einem integrierten Handsteuerleitstand (16) verbunden, auf dem eine Bedienperson Bewegungssollwerte, normalerweise mittels Joysticks oder Drucktasten erzeugt, wenn die MWP (2) manuell gesteuert wird. Die Ausrichtung des Handsteuerleitstands (16) ist gemäß dem R2 in Richtung X+ von R2 und dieser ist fest eingebaut, so dass seine Ausrichtung nicht geändert werden kann. Das integrierte Steuerungsgerät umfasst ferner einen ersten dedizierten Prozessor (21).
  • Verfahren zum Referenzieren der Einstelleinrichtung (8):
  • Im Folgenden soll das Verfahren zum Referenzieren der Einstelleinrichtung (8) beschrieben werden, die zum Ermitteln der Position und Ausrichtung der MWP (2) mit Ursprung R2 verwendet wird. Die Einstelleinrichtungen (8) werden bei der Erstinbetriebnahme allesamt einmalig auf vordefinierte Werte mit oder ohne Versatzwerte auf vorbestimmte Positionen und gemäß R1 referenziert. Das Verfahren verwendet einen Satz Fähnchen, normalerweise Pfeile für eine höhere Genauigkeit, die sorgfältig auf der laufenden Struktur oder auf der MWP (2) selbst und gemäß den bei der Konzeption der MWP (2) erzeugten CAD-Modellen platziert und fixiert werden. Gegebenenfalls kann dasselbe spezifische Messgerät wie das zum Fixieren von R1 verwendete Gerät verwendet werden, um die endgültigen Positionen dieser Fähnchen festzulegen. Für diese Einstelleinrichtungen (8) werden die folgenden Plausibilitäts- und Integritätsprüfungen integriert und zyklisch von der integrierten PLC-Einheit (12) überprüft. Diese Überprüfungen sind: korrekte Rotations-/Verschiebungsrichtung relativ zur Bewegungsrichtung; Rotations-/Verschiebungspositionswertänderungen ohne aktive Bewegung; Rotations-/Verschiebungspositionswertänderungen während aktiver Bewegung; Geschwindigkeitsplausibilität zwischen Bewegungseinstellpunkt und Kodierergeschwindigkeit; Plausibilitätskontrolle durch Prüfen des Kodiererwertes mit einem vorbestimmten Wert an einer Prüfposition, ausgelöst durch Aktivierung eines Plausibilitätssensors beim Passieren eines Fähnchens, das an einem statistisch häufig passierten Wegabschnitt platziert ist.
  • Dieses Verfahren ermöglicht das Ermitteln der Position und Ausrichtung von (R2) in Bezug auf die Koordinatensysteme, die (R1) zum Ursprung haben.
  • Funktionen & Datenbank & Datenaustausch & Eingabe/Prozess/Ausgabe:
  • 12 zeigt das Datenflussdiagramm, das die verschiedenen Module verbindet, die während der verschiedenen Betriebsphasen verwendet werden.
  • Aus betrieblicher Sicht basiert das Verfahren auf zwei Hauptbetriebsphasen, wobei die erste Phase die Erfassung von Punkten und die Erzeugung einer eindeutigen Punktewolke (1A) umfasst und die zweite Phase die Kollisionsvermeidung während der Nutzung der MWP (2) umfasst.
  • Die erste Betriebsphase umfasst die Verwendung folgender Module. Ein erstes Modul, bezeichnet als 3D-Abtastmodul (40), ist dafür vorgesehen, Teilpunktewolken (41) zu erfassen, die jeweils einem Teilabschnitt des HTV (1) entsprechen. Die Anzahl der 3D-Abtastmodule (40) entspricht der Anzahl der vom System verwendeten 3D-Abtasteinrichtungen (3). Jede Teilpunktewolke (41) wird an ein anderes, als 3D-Modul (42) bezeichnetes Modul gesendet. Das 3D-Modul (42) ist dafür vorgesehen, die Teilpunktewolken (41) zusammenzutragen, zu filtern und abzubilden und eine einzige vollständige Wolke (1A) zu erzeugen, die die äußere Oberfläche des vollständigen HTV (1) darstellt. Die erzeugte vollständige Punktewolke (1A) wird an ein nächstes, als Verwaltungsmodul (43) bezeichnetes Modul gesendet.
  • Die zweite Betriebsphase umfasst die Verwendung folgender Module. Das Verwaltungsmodul (43) dient als zentrales Verwaltungssystem, um die resultierende vollständige Wolke (1A), die in Phase 1 erzeugt wurde, zu speichern und um die vollständige Wolke (1A) an die weiteren Antikollisionsmodule (44) zu senden. Das Verwaltungsmodul (43) dient ferner als Hauptbenutzeroberfläche für Bediener. Dieses Verwaltungsmodul (43) speichert ferner alle statischen Parameter, die die Eigenschaften des Gebäudes (4), die Einstellungen der MWP (2), die Eigenschaften des HTV (1) sowie alle anderen Merkmale qualifizieren, die zum Definieren der Systemgrenzen allgemein erforderlich sind. Das Antikollisionsmodul (44) kombiniert zuerst die Einstellungen der MWP (2), die von dem Verwaltungsmodul (43) empfangen werden, mit der aktuellen Position der MWP (2), die vom PLC-Modul (45) der beweglichen Arbeitsbühne empfangen wird, um ein dreidimensionales Modell (2A) zu erzeugen, das die MWP (2) und ihre aktuelle Position und Ausrichtung darstellt. Mittels Vergleich zwischen dem richtig positionierten und ausgerichteten dreidimensionalen Modell (2A) und jedem Punkt der von dem Verwaltungsmodul (43) empfangenen vollständigen Punktewolke (1A) erzeugt das Antikollisionsmodul (44) Bewegungsberechtigungen für das PLC-Modul (45) der beweglichen Arbeitsbühne. Die Anzahl der Antikollisionsmodule (44) entspricht der Anzahl der MWPs (2). Das PLC-Modul (45) der beweglichen Arbeitsbühne bestimmt die aktuelle Position und Ausrichtung der MWP (2) auf der Grundlage der/s zuvor beschriebenen Einstelleinrichtung (8) und Verfahrens und sendet die Informationen an das Antikollisionsmodul (44) und begrenzt die Bewegung der MWP (2) auf der Grundlage der von dem Antikollisionsmodul (44) erhaltenen Bewegungsberechtigungen.
  • Genauer gesagt wird jedes Modul aus einer spezifischen Software gebildet.
  • D-Abtasten bedeutet eingebettete Software:
  • Das 3D-Abtastmodul (40) besteht aus einer eingebetteten Software (46), die zu der 3D-Abtasteinrichtung (3) gehört. Es ist Aufgabe dieser eingebetteten Software (46), jedes Abtasten durchzuführen und die Teilpunktewolken (41) zu erzeugen. Abtastanforderungen basieren auf Auslösern und Parametern, die von der zu dem 3D-Modul (42) gehörenden 3D-Anwendungssoftware (47) über eine dedizierte Datenschnittstelle (48) gesendet werden. Jede Teilpunktewolke (41), die jeweils einem Teilabschnitt des HTV (1) entspricht, enthält die wenigstens zwei automatisch von der eingebetteten Software (41) erkannten Gebäudereferenzziele (S1, S2). Bei typischen Parametern, die von der 3D-Anwendungssoftware (47) über die Datenschnittstelle (48) gesendet werden, handelt es sich um die erforderlichen Auflösungseinstellungen und die erforderlichen Qualitätseinstellungen, da die meisten 3D-Abtasteinrichtungen (3) mehrere Auflösungsniveaus mit unterschiedlichen Qualitätsniveaus haben können. Die Auflösungseinstellung bestimmt den relativen Abstand zwischen den Punkten in der Punktewolke und den entsprechenden Detaillierungsgrad. Durch Erhöhen der Auflösung wird die Anzahl der erfassten Punkte erhöht und der relative Punktabstand verringert. Durch Verringern der Auflösung wird die Anzahl der erfassten Punkte verringert und der relative Punktabstand vergrößert. Die Auflösungseinstellung basiert auf dem erforderlichen Detaillierungsgrad, der Entfernung zum HTV (1) und der Entfernung zu den Gebäudereferenzzielen (S1, S2,). Die Qualitätseinstellung bestimmt die Messgeschwindigkeit und das Maß an Rauschminderung. Durch Erhöhen der Qualitätseinstellung nimmt die Messgeschwindigkeit ab. Die Menge an Zeit, mit der der Scanner jeden Abtastpunkt erfasst, sowie die statistische Messgenauigkeit jedes Punkts erhöhen sich dadurch, dass mehrere Messungen durchgeführt werden, um die Informationen durch Mitteln des Ergebnisses zu bestätigen. Die Rauschminderung wird mittels eines internen Algorithmus durchgeführt, mit dem ermittelt wird, ob Unterschiede bei den Abtastpunkten eine genaue Darstellung von Details oder Rauschen sind. Der Algorithmus vergleicht Abtastpunkte innerhalb einer bestimmten Entfernung zueinander und ermittelt, ob die Differenz innerhalb der durch die Qualitätseinstellung vorgegebenen Toleranz liegt. Ist dies nicht der Fall, wird der Abtastpunkt entfernt. Grundsätzlich wird die Qualitätseinstellung auf der Grundlage der Umgebungsbedingungen ausgewählt, wobei zu berücksichtigen ist, dass das Abtasten mit höchster Qualität länger dauert und bei einer niedrigeren Qualität die Fehlertoleranzen erhöht werden.
  • Schnittstellen-3D-Abtastmodul/3D-Modul:
  • Über dieselbe Datenschnittstelle (48) sendet die 3D-Abtasteinrichtung (3) sofort ihren eigenen aktuellen Betriebszustand an die 3D-Anwendungssoftware (47) zurück. Sobald eine Teilpunktewolke (41) vollständig verarbeitet wurde, stellt die 3D-Abtastreinrichtung (3) die einzelnen Abtastdaten in einer bestimmten Datei zusammen und sendet diese über die dedizierte Datenschnittstelle (48) an die 3D-Anwendungssoftware (47).
  • D-Anwendungssoftware:
  • Die 3D-Anwendungssoftware (47) läuft entweder auf einem dedizierten physischen Computer oder auf einer virtuellen Maschine, die auf dem Hauptserver (10) läuft. Die 3D-Anwendungssoftware (47) erfasst und speichert alle sich auf eine Teilpunktewolke (41) beziehenden spezifischen Dateien in einer lokalen Datenbank (49). Der nächste Schritt besteht in der automatischen Registrierung und Nachbearbeitung. Bei der 3D-Anwendungssoftware (47) handelt es sich um eine Eigenentwicklung, die zusätzliche Funktionen verwaltet, die von einer auf dem Markt verfügbaren 3D-Spezialsoftware (50) wie Faroscene von Faro oder Polyworks von InnovMetric Software Inc. aufgerufen werden, und über ein dediziertes SDK (Software Development Kit, Software-Erstellungskit) eine Schnittstelle mit ihr bildet.
  • Während des gemeinsamen Abbildens aller Teilwolken besteht der wichtigste Aspekt erstens in der Verwendung und Berücksichtigung der Gebäudereferenzziele (S1, S2 usw.), die in jeder Teilpunktewolke (41) vorhanden sind, erstens um eine sehr genaue Abbildung zu erreichen und zweitens zur Translation aller Punkte, die die vollständige Punktewolke (1A) gemäß den Gebäudereferenzzielen (S1, S2 usw.) und dementsprechend gemäß R1 bilden.
  • Je nach der Konfiguration des Gebäudes (4) und seinem Inhalt kommen in der SD-Anwendungssoftware (47) noch zusätzliche Funktionen zur Anwendung.
  • Die erste zusätzliche Funktion der 3D-Anwendungssoftware (47) schließt Daten aus, die für das Kollisionsvermeidungssystem nicht verwendbar sind, um die Größe der zu bearbeitenden Dateien und somit die Nachbearbeitungszeit zu begrenzen. Auch wenn die 3D-Abtasteinrichtung (3) in der Lage ist, mit ihrem maximalen Abtastbereich das gesamte Gebäude (4) und dessen Details wie Wände, Dach, Boden sowie andere statische Hindernisse abzutasten, sind tatsächlich nur Daten in einem begrenzten Bereich, der durch den maximalen Arbeitsbereich der MWPs (2) im Gebäude (4) definiert ist, zu berücksichtigen. Eine Reihe von Parametern definiert den Abtast-Arbeitsbereich. Dies bedeutet, dass das HTV (1) abgetastet und bei entsprechender Parametrierung weitere Elemente des Gebäudes (4) sowie beliebige Details davon wie Wände, Dach, Boden und andere statische Hindernisse innerhalb der maximalen Reichweite der MWP (2) zusätzlich abgetastet werden.
  • Mit einer weiteren zusätzlichen Funktion wird die Nachbearbeitungszeit begrenzt. Das Verfahren besteht darin, die Punkte in zwei Phasen zu erfassen, wobei alle statischen Punkte wie Wände oder andere feststehende Hindernisse abgetastet, nachbearbeitet und einmalig in der ersten Phase gespeichert werden. Die zweite Phase umfasst eine systematische Abtastung im Zuge der ersten Abtastung, um Punkte zu erfassen, die nicht-statischen Punkten entsprechen, wie beispielsweise für das HTV (1). Dementsprechend ist die systematische Nachbearbeitung nur auf die zweite Phase beschränkt. Schließlich werden die aus der ersten und der zweiten Phase resultierenden Punkte zusammengeführt.
  • Eine weitere Funktion besteht darin, je nach Erforderlichkeit und Konfiguration des Gebäudes (4) sowie entsprechend den Anforderungen an das Kollisionsvermeidungssystem eine virtuelle Punktewand zu erstellen. Die Erstellung der virtuellen Punktewand erfolgt durch die SD-Anwendungssoftware auf der Grundlage von einem in einem Parametersatz enthaltenen Kriterien, der während der Inbetriebnahme festgelegt wurde.
  • Das Ergebnis aus sämtlichen Filteralgorithmen und dem Abbilden einer Teilpunktewolke ist eine eindeutige, vollständige Punktewolke (1A), die systematisch dem das HTV (1) qualifizierenden Parameter zugeordnet und als spezifische Datei in einer zu der 3D-Anwendungssoftware (47) gehörenden lokalen Datenbank (49) gespeichert wird. Die zugehörige Datei wird von der 3D-Anwendungssoftware (47) verwendet, um durch einen Vergleich der Punktewolke zwischen dem neu abgetasteten HTV (1) und demselben Typ zuvor gespeicherte Daten eines HTV (1) zu überprüfen und als statistische Information einen Prozentsatz der Ähnlichkeit zwischen beiden auszugeben.
  • Zusätzlich dazu wird jede Punktewolke (1A) von der spezialisierten 3D- Software (50) in ein Triangulationsnetz mit einer Oberfläche umgewandelt und es wird eine „.stl“ -Datei erzeugt und in derselben lokalen Datenbank gespeichert.
  • Durch eine dedizierte lokale grafische Benutzeroberfläche (51) kann ein Bediener mittels der spezialisierten 3D-Software (50) auf die in der lokalen Datenbank (49) gespeicherten Daten, insbesondere auf die Teil- und die vollständige Punktewolke (41,1A) zugreifen. Diese Benutzeroberfläche wird vorrangig im Bedarfsfall verwendet, um bestimmte Details zu überprüfen, verfügt jedoch über keine Betriebsfunktionalität.
  • Verwaltungsanwendungssoftware:
  • Bei der Verwaltungsanwendungssoftware (52) handelt es sich um eine Eigenentwicklung und sie gilt als Master-Software des gesamten Systems. Sie läuft auf dem vorstehend beschriebenen Hauptserver (10). Ziel der Verwaltungsanwendungssoftware (52) ist es, beide Betriebsphasen zu koordinieren, indem die erste Betriebsphase verwaltet und die aus der ersten Phase kommenden Ergebnisse in die zweite Betriebsphase übertragen werden.
  • Die Verwaltungsanwendungssoftware (52) speichert alle statischen Parameter, die die Eigenschaften des Gebäudes (4), die Einstellungen der MWP (2) und die Eigenschaften des HTV (1) qualifizieren, sowie alle anderen Eigenschaften in ihrer dedizierten Datenbank (53), um die Grenzen des Systems im Allgemeinen zu definieren. Die Lage der Abtastpositionen ist entscheidend für das Begrenzen der Anzahl und Oberfläche von Schatten, die Oberflächen entsprechen, die gar nicht oder nur schlecht sichtbar sind, insbesondere bei komplexen oder großen HTVs (1). Ausgehend von den Eigenschaften eines jeden HTV-Typs (1) unterscheiden sich dementsprechend die optimale Lage der Abtastpositionen und die optimale Auflösung und sie werden separat in der Datenbank gespeichert.
  • Zur Durchführung von Phase 1 wird der gesamte vorstehend definierte Parametersatz systematisch von der Verwaltungsanwendungssoftware (52) über eine dedizierte Datenschnittstelle (54) mittels der Abtastanforderung an die 3D-Anwendungssoftware (47) übertragen. Im Gegenzug und über dieselbe Datenschnittstelle wird die resultierende eindeutige, vollständige Punktewolke (1A) automatisch aus der Datenbank der 3D-Anwendungssoftware (49) in die Datenbank (53) der Verwaltungsanwendungssoftware exportiert.
  • Auf dem Desktop der grafischen Benutzeroberfläche (11) wird eine grafische Benutzeroberflächenanwendung (55) ausgeführt. Die grafische Benutzeroberflächenanwendung (55) besteht aus mehreren Menüs mit unterschiedlichen Zugriffsebenen und ist kennwortgeschützt. Von diesem zentralen Punkt aus kann jede Einstellung überprüft oder geändert werden, und es können Status- und Leistungsindikatoren des gesamten Systems abgerufen werden.
  • Eine speziell entwickelte Echtzeit-3D-Animationsansicht der relevanten statischen und vollständigen mobilen Objekte von Gebäude (4) kann auf der Benutzeroberfläche (55) visualisiert werden und zeigt Echtzeitpositionen und -ausrichtungen von Komponenten von Gebäude (4), HTV (1) und MWPs (2) während des Betriebs an.
  • Anwendungssoftware für Schnittstellenverwaltung / Antikollisions-Anwendungssoftware:
  • Über eine dedizierte Datenschnittstelle (56) teilt die Verwaltungsanwendungssoftware (52) der Antikollisions-Anwendungssoftware (57) die resultierende vollständige Punktewolke (1A) und zwischenzeitlich auch die Einstellungen für MWP (2) mit. Übertragene Daten werden in der lokalen Datenbank (64) gespeichert, die zur Antikollisions-Anwendungssoftware (57) gehört.
  • Antikollisions-Anwendungssoftware / PLC-Prozesssoftware der beweglichen Arbeitsbühne:
  • Bei der Antikollisions-Anwendungssoftware (57) handelt es sich um eine Eigenentwicklung zum Verwalten der Kollisionsvermeidung. Die Antikollisions-Anwendungssoftware (57) läuft auf jedem integrierten ersten Prozessor (21) einer jeden MWP (2). In Bezug auf 14D besteht die anfängliche Aufgabe für die Antikollisions-Anwendungssoftware (57) darin, ein vereinfachtes virtuelles dreidimensionales Modell (2A) als virtuelle Kernhülle zu erstellen, die die MWP (2) darstellt und auf dem Parametersatz basiert, der die physikalischen Grenzen der MWP (2) wie Arbeitsfläche, Handläufe, Befestigungen und andere Zubehörteile, einschließlich gegebenenfalls ihrem tragenden oder aufgehängten Mast, definieren und umfassen und die allesamt R2 als Ursprung haben. 13A und 13B veranschaulichen das Prinzip, das für jede Art von MWP (2) anwendbar ist. Die Anzahl der Volumina, aus denen die Kernhülle besteht, hängt von der Komplexität der MWP (2) ab, muss jedoch relativ niedrig gehalten werden, da sie die Hauptleistungen der Berechnungen beeinflusst.
  • In Bezug auf die 14A, 14B, 14C und 14D wird ein weiterer Satz von Parametern verwendet, um die Kernhülle (70) in alle Richtungen auszudehnen, um virtuelle Sicherheitsschalen zu erzeugen. Normalerweise wird eine erste größere Sicherheitsschale (71) erzeugt, die einem Bereich entspricht, in dem nur niedrige Geschwindigkeit zulässig ist. Eine zweite kleinere Sicherheitsschale (72) wird erzeugt und entspricht einem Bereich, in dem Bewegungen angehalten werden.
  • Wieder auf 12 Bezug nehmend handelt es sich bei der PLC-Prozesssoftware (58) für eine bewegliche Arbeitsbühne um eine Eigenentwicklung zum Steuern, auf der Grundlage von Sollwerten, die über einen von Bedienpersonal betriebenen Handleitstand (60) festgelegt werden, der Bewegungen der die MWP (2) bildenden Achse und zum sofortigen Ermitteln, unter Verwendung des Satzes der vorstehend beschriebenen Einstelleinrichtungen (8), der sechs Freiheitsgrade der Position und Ausrichtung der MWP (2), die durch das vorstehend beschriebene Verfahren zur Referenzierung den Ursprung R2 haben und sich auf die Koordinatensysteme beziehen, die R1 als Ursprung haben.
  • Die aktuellen sechs Freiheitsgrade der Position und Ausrichtung der MWP (2) werden ermittelt und sofort über eine sehr schnelle und zuverlässige dedizierte Datenschnittstelle (59) der Antikollisions-Anwendungssoftware (57) mitgeteilt.
  • Auf der Grundlage der aktuellen sechs Freiheitsgrade der Position und Ausrichtung der MWP (2), die über diese Datenschnittstelle (59) empfangen werden, übersetzt die Antikollisions-Anwendungssoftware (57) die virtuellen dreidimensionalen Modelle (2A) - Kernhülle (70) und Sicherheitsschalen (71,72) - und richtet diese in Bezug auf die Koordinatensysteme mit Ursprung R1 aus.
  • Ein dedizierter Algorithmus der Antikollisions-Anwendungssoftware (57) vergleicht die Position jedes einzelnen Punktes der erzeugten vollständigen Punktewolke (1A), die das HTV (1) darstellt und als Ursprung R1 hat, mit einem Satz umgebender Untersuchungszonen um die MWP (2), definiert durch das übersetzte und ausgerichtete virtuelle dreidimensionale Modell (2A) mit Ursprung R1. Als Ergebnis dieses Vergleichs ermittelt die Antikollisions-Anwendungssoftware (57) gemäß R2 die Richtung(en) der möglichen Kollisionsgefahr.
  • Wird demzufolge ein mögliches Kollisionsrisiko zwischen der MWP (2) und dem HTV (1) erkannt, stellt die Antikollisions-Anwendungssoftware (57) gemäß R2 einen Satz von Berechtigungen für eine hohe Geschwindigkeit bzw. Bewegung aktiviert entsprechend der Einstellungen der Sicherheitsschalen und kombiniert mit Informationen zu Bewegungsrichtungen ein. Über die sehr schnelle und zuverlässige dedizierte Datenschnittstelle (59) werden dem PLC-Prozess (58) für bewegliche Arbeitsbühnen sofort Informationen mitgeteilt.
  • Der PLC-Prozess (58) für bewegliche Arbeitsbühnen kombiniert Sollwerte für Bewegungen, die über den vom Bedienpersonal bedienten Handleitstand (60) festgelegt wurden, mit den von der Antikollisions-Anwendungssoftware (57) erteilten Berechtigungen zum Aktivieren/Deaktivieren von hoher Geschwindigkeit, Bewegung und Richtung, um die Bewegungen einer jeden Achse entsprechend zu begrenzen und, gemäß R2, die Funktion der Kollisionsvermeidung zwischen der MWP (2) und dem HTV (1) umzusetzen.
  • Wie vorstehend definiert, kann die vollständige Punktewolke (1A) auch Teile des Gebäudes (4) und Details davon, wie Wände, Dach, Boden und weitere, sich innerhalb der maximalen Reichweite der MWP (2) befindliche statische Hindernisse integrieren. Die Funktion der Kollisionsvermeidung wird nicht nur auf das Personentransportfahrzeug, sondern auch auf Teile von dem Gebäude (4) und Details davon erweitert.
  • Eine lokale Benutzeroberfläche (61) zeigt dem Bediener über einfache Anzeigeleuchten lokal auf der MWP (2) an, ob das Kollisionsvermeidungssystem aktiviert beziehungsweise betriebsbereit ist und ob mögliche Kollisionen erkannt werden oder nicht.
  • Über die dedizierte Datenschnittstelle (56) teilt die Antikollisions-Anwendungssoftware (57) zwischenzeitlich die Ergebnisse ihrer Berechnungen sofort der Verwaltungsanwendungssoftware (52) zur Nachverfolgung mit. In der Hauptdatenbank (53) werden alle Eingabe- und Ausgabebedingungen der zweiten Betriebsphase gespeichert.
  • Da die PLC-Prozesssoftware (58) für bewegliche Arbeitsbühnen und sämtliche Antikollisions-Anwendungssoftware (57) über zuvor beschriebene Datenschnittstellen (59, 56) miteinander verbunden sind und Daten, die die MWPs (2), zugehörige Untersuchungszonen und die aktuellen sechs Freiheitsgrade der Position und Ausrichtung einer jeden beweglichen Arbeitsbühnen darstellen, gemeinsam nutzen, kann die Funktion der Kollisionsvermeidung auch auf ein Kollisionsvermeidungssystem zwischen verschiedenen MWPs (2) mit den gleichen wie den vorstehend beschriebenen Effekten ausgeweitet werden, indem die Untersuchungszonen einer jeden MWP (2) miteinander verglichen werden und für alle Ursprung R1 genommen wird. Für bessere Leistungen sind direkte Datenschnittstellen (62, 63) zwischen der PLC-Prozesssoftware (58) und ferner zwischen der Antikollisions-Anwendungssoftware (57) vorgesehen.
  • Das System kann so erweitert werden, dass die Bewegungen während des Betriebs vollständig automatisiert werden. Mit diesem System legt die Verwaltungsanwendungssoftware (52) Grenzwerte fest, bestimmt und steuert dynamisch die Bewegungsbahnen der MWP (2) für die automatische Bewegung und steuert optional dazu eine Vielzahl von numerisch gesteuerten, an der MWP (2) angebrachten Roboter-Endeffektoren, die Wasser, Abbeizmittel und Farbe sprühen und abgeben sowie sonstige Arbeiten an dem HTV (1) ausführen können. Eine weitere Verbesserung des Systems, die als dynamische Pfadplanung bezeichnet wird, beinhaltet die Verbesserung der Gesundheit und Sicherheit der Mitarbeiter und die Verkürzung der Produktionszeit. Eine dedizierte Datenschnittstelle (65) wird zum Übertragen von durch die Verwaltungsanwendungssoftware (52) erzeugten Bewegungsbefehlen an die PLC-Prozesssoftware (58) der beweglichen Arbeitsbühne und im Gegenzug zum Übertragen von Statussignalen von der PLC-Prozesssoftware der beweglichen Arbeitsbühne (58) zurück an die Verwaltungsanwendungssoftware (52) verwendet.
  • Betriebsphasen:
  • Aus betrieblicher Sicht basiert das Verfahren auf zwei Hauptbetriebsphasen, wobei die erste Phase das Erfassen von Punkten und die Erzeugung einer eindeutigen Punktewolke (1A) und die zweite Phase die Kollisionsvermeidung während der Nutzung der MWP (2) umfasst.
  • PHASE 1:
  • Die erste Betriebsphase wird durch ein systematisches dreidimensionales Abtasten jedes Mal dann umgesetzt, wenn ein HTV (1) in das Gebäude (4) gebracht wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist aufgrund der großen Größe und Komplexität der Außenfläche des HTV (1) und mit dem Ziel der Vermeidung von Schatten, bei denen Messungen nicht mit ausreichender Qualität durchgeführt werden können, ein Vorgang mit mehrfachem Abtasten aus mehreren vordefinierten Abtastpositionen erforderlich. Die Verwaltungsanwendungssoftware (52) speichert für jeden Typ von HTV (1) die optimalen Abtastpositionen und dementsprechend die optimale Auflösung in ihrer eigenen Datenbank (53). Die Abtastpositionen werden zum Kombinieren der Abtastungen des HTV (1) von der Seite, von oben und von unten definiert. Hierbei sollte für die verschiedenen Abtastpositionen beachtet werden, dass der Bediener einen angemessenen Sicherheitsabstand einzuhalten hat, in dem sich das HTV (1) befinden sollte, da der Erfassungsvorgang noch andauert und das Kollisionsvermeidungssystem nicht aktiviert ist. Aufgrund der enormen Größe des HTV (1) müssen Personenhebeförderer verwendet werden, um die oberen Positionen zu erreichen. Wenn MWPs (2) die Hubfunktion bereitstellen, können sie zum Erreichen der oberen Positionen verwendet werden. Falls MWPs (2) verwendet werden, können sie manuell von Bedienern gesteuert werden, um jede Abtastposition zu erreichen, oder sie können alternativ dazu vorprogrammiert sein, um jede Abtastposition auf technisch fortgeschrittene, automatisch unterstützte Weise zu erreichen. Die Reihenfolge der Erfassung bleibt in beiden Modi gleich.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist das Gebäude (4) vorzugsweise mit zwei, vier oder sechs MWPs (2) ausgestattet, wobei die Hälfte der MWPs (2) vorzugsweise entlang der linken Seite des HTV (1) und die andere Hälfte auf der anderen Seite des HTV (1) verläuft. Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert auf zwei MWPs (2) und zwei Abtasteinrichtungen (3). Der Einfachheit halber gehört die MWP (2) zu der Abtasteinrichtung (3) und arbeitet auf der linken Seite der Mittellinie des Gebäudes (4), und die MWP (2) gehört zur Abtasteinrichtung (3) und arbeitet auf der rechten Seite der Mittellinie des Gebäudes (4). Der Abtastvorgang kann parallel durchgeführt werden, normalerweise wird durch Verwendung von zwei Abtasteinrichtungen (3) die Abtastbetriebszeit um die Hälfte reduziert.
  • Die Reihenfolge der Erfassung erfolgt automatisch, und wird durch die Verwaltungsanwendungssoftware (52) auf die vorstehend beschriebene Weise koordiniert.
  • Das HTV (1) befindet sich an/in seinem endgültigen Ort und Zustand. Andere anwendungsspezifische bewegliche Geräte, normalerweise Treppen, Leitern, Gerüste, Stege oder sonstige Arbeitsbühnen, werden ebenfalls an ihrem endgültigen Ort und in ihrem endgültigen Zustand aufgestellt. Ein Bediener fährt die MWP (2) in eine vordefinierte Ausgangsposition, vorzugsweise auf Bodenhöhe, und platziert die Abtasteinrichtung (3) sorgfältig an einer vorbestimmten Position auf der MWP (2). In der Zwischenzeit führt ein zweiter Bediener denselben Vorgang mit der Abtasteinrichtung (3) an der MWP (2) durch. Beide Abtasteinrichtungen werden eingeschaltet. Nach einer Startsequenz wird der Betriebsstatus einer jeden Abtasteinrichtung (3) über das 3D-Modul (42) und die zugehörigen Datenschnittstellen an das Verwaltungsmodul (43) gesendet.
  • Ein autorisierter Bediener kann nun über die grafische Benutzeroberflächenanwendung (55) den Vorgang von Phase 1 starten. Jede MWP (2) wird entweder manuell gesteuert oder auf technisch fortgeschrittene, automatisch unterstützte Weise zur ersten Abtastposition gefahren. Sobald die erste Abtastposition erreicht ist, wird die erste Teilwolke (41) erfasst. Sobald dies erreicht ist, wird die MWP (2) in die zweite Abtastposition gefahren und so weiter, bis die letzte Abtastposition erreicht und die letzte Teilwolke (41) erhalten wird.
  • Über die grafische Benutzeroberflächenanwendung (55) kann der Abschluss des Vorgangs geprüft werden, zuerst durch automatisches Erkennen fehlender Daten und ferner visuell durch Überprüfen der empfangenen 3D-Daten. Je nach Bedarf können zusätzliche Abtastungen durchgeführt, oder es können auch Abtastungen erneut durchgeführt werden.
  • Sobald die vollständige eindeutige Punktewolke (1A) ordnungsgemäß fertiggestellt ist, fährt ein Bediener die MWP (2) in die Ausgangsposition und entfernt vorsichtig die Abtasteinrichtung (3). In der Zwischenzeit führt ein zweiter Bediener denselben Vorgang mit der Abtasteinrichtung (3) an der MWP (2) durch.
  • Da das Positionsbestimmungs- und Kollisionsvermeidungssystem auf einer optisch basierten Hardware - einer dreidimensionalen Abtasteinrichtung (3) - zum Ermitteln der Punktewolke (1A) basiert und das Gebäude (4) für Lackierzwecke verwendet werden kann, sollte die optische Hardware vorzugsweise unmittelbar nach dem Parken des HTV (1) installiert werden und nach Ermitteln der äußeren Oberfläche/Form des HTV (1) und vor dem Starten des der Lackier- oder Wartungsprozesses entfernt werden. Dadurch wird einerseits das Risiko von Übersprühen auf die optischen Linsen der Sensorhardware sowie die Verwendung spezieller Hardware vermieden, die für explosionsgefährdete Bereiche geeignet ist, die auch als explosionssicher bezeichnet werden, wenn der verwendete Lack auf Lösungsmittelbasis basiert. Hierbei sollte beachtet werden, dass das Verfahren auf einem Ermitteln der Position/Ausrichtung und der äußeren Oberfläche/Form eines HTV (1) zu einem definierten Zeitpunkt unter definierten Bedingungen basiert. Änderungen der Bedingungen nach dem Abtastvorgang werden vom System nicht berücksichtigt. Ferner sollte beachtet werden, dass das System dahingehend weiterentwickelt werden kann, dass es auch zur Anwendung während Lackier- oder Wartungsvorgängen geeignet ist, und somit in der Lage wäre, Sofort-/Echtzeitdaten während Lackier- oder Wartungsvorgängen bereitzustellen.
  • PHASE 2:
  • Die zweite Betriebsphase umfasst die Kollisionsvermeidung während der Nutzung der MWP (2) für Produktionsaufgaben.
  • Wie vorstehend beschrieben wird die eine vollständige Punktewolke (1A) automatisch den Steuerungsgeräten der beweglichen Arbeitsbühne (7) mitgeteilt.
  • Zum Funktionsnachweis muss vor dem Start von Produktionsvorgangsbewegungen unter der Steuerung des Kollisionsvermeidungssystems die ordnungsgemäße Funktion vom Bediener kurz getestet werden. Dies wird an einem virtuellen Testobjekt durchgeführt, das auf dem Boden als Quadrat markiert ist und eine virtuelle Höhe von einem Meter hat. Ist das Kollisionsvermeidungssystem aktiviert, fährt der Bediener das virtuelle Testobjekt mit der MWP (2) aus verschiedenen Richtungen an und prüft, ob Geschwindigkeitsreduzierung und Vollstopp ordnungsgemäß erfolgen und ob die Rückfahrbewegung in entgegengesetzter Richtung zur möglichen Kollision richtig funktioniert. Das virtuelle Testobjekt ist ein fester Bestandteil der gesamten Punktewolke. Während der Inbetriebnahme des Systems können mehrere virtuelle Testobjekte an geeigneten Stellen innerhalb des Gebäudes (4) virtuell platziert und entsprechend auf dem Boden markiert werden.
  • Reaktion des Systems in Phase 2: Während der Bewegungen der MWP (2) in Phase 2 überwachen die Steuerungsgeräte (7) der Bühne mit geschlossenem Regelkreis in Echtzeit das mögliche Auftreten einer Kollision zwischen der MWP (2) und dem HTV (1). Wird ein Schnittpunkt zwischen der vollständigen Punktewolke (1A) und der Sicherheitsschale (71) der MWP (2) erkannt, darf die MWP (2) ihre Bewegung nur mit langsamer Geschwindigkeit fortsetzen, und ein Licht zeigt diesen Zustand an. Wird ein Schnittpunkt zwischen der vollständigen Punktewolke (1A) und der Sicherheitsschale (72) der MWP (2) erkannt, wird die MWP (2) völlig gestoppt und dieser Zustand durch ein Licht angezeigt. In diesem Fall darf sich der Bediener nur in die entgegengesetzte Richtung der möglichen Kollision bewegen.
  • Aus betrieblicher Sicht und wie vorstehend erwähnt, wird die MWP (2) normalerweise über einen Handleitstand (16) gesteuert, wo ein menschlicher Bediener Bewegungssollwerte, normalerweise mittels Joysticks oder Drucktasten erzeugt. Das Kollisionsvermeidungssystem bewirkt, dass die Achsenbewegungsgeschwindigkeit in der entsprechenden Richtung auf sichere Werte beschränkt wird.
  • Hierbei sollte beachtet werden, dass das Kollisionsvermeidungssystem möglicherweise über die grafische Benutzeroberflächenanwendung (55) deaktiviert wird. In diesem Fall kann sich die MWP (2) frei in ihrem 6DoF bewegen und ist dabei lediglich durch ihre physische Bewegungsfreiheit eingeschränkt.
  • Es versteht sich, dass bestimmte Leistungsmerkmale der Erfindung, die der Verständlichkeit halber im Zusammenhang mit gesonderten Ausführungsformen beschrieben werden, auch in Kombination in einer einzigen Ausführungsform bereitgestellt werden können. Umgekehrt können verschiedene Leistungsmerkmale der Erfindung, die der Kürze halber im Zusammenhang mit einer einzelnen Ausführungsform beschrieben werden, auch gesondert oder in einer beliebigen geeigneten Teilkombination bereitgestellt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • WO 2007101475 [0004]

Claims (13)

  1. Vorrichtung zum Erzeugen einer Punktewolke (1A), die die tatsächliche äußere Form eines in einem Gebäude (4) befindlichen Personentransportfahrzeugs (1) darstellt, die zum Ermitteln der Position und Ausrichtung des Personentransportfahrzeugs (1) in dem Gebäude (4) und zum Ermitteln der relativen Position und Ausrichtung von wenigstens einer beweglichen Arbeitsbühne (2) in dem Gebäude (4) eingerichtet ist, wobei die Position und Ausrichtung des Personentransportfahrzeuges (1) und die Position und Ausrichtung der beweglichen Arbeitsbühne (2) in Bezug zu wenigstens einem bekannten Bezugspunkt (R1) in dem Gebäude (4) gesetzt wird, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, um Kollisionen zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) und dem Personentransportfahrzeug (1) zu vermeiden, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: - wenigstens einen bekannten Bezugspunkt (R1) in dem Gebäude (4), wobei (R1) der Ursprungspunkt eines Koordinatensystems mit 6 Freiheitsgraden ist und als zentraler gemeinsamer Bezugspunkt dient, und - wenigstens eine dreidimensionale Abtasteinrichtung (3), die eingerichtet ist, um die tatsächliche äußere Form eines Personentransportfahrzeuges (1) zu ermitteln, und - wenigstens eine stationäre Recheneinrichtung (6), die zum Erzeugen einer Punktewolke (1A) anhand von Daten der dreidimensionalen Abtasteinrichtung (3) eingerichtet ist, wobei die Punktewolke (1A) die tatsächliche äußere Form des Personentransportfahrzeuges (1) darstellt, und - einen bekannten Referenzpunkt (R2) der beweglichen Arbeitsbühne (2), der sich auf der beweglichen Arbeitsbühne (2) innerhalb des Gebäudes (4) befindet, und - wenigstens eine Einstelleinrichtung (8) die eingerichtet ist, um die Position und Ausrichtung auf bis zu 6 Freiheitsgrade der beweglichen Arbeitsbühne (2) innerhalb des Gebäudes (4) gemäß dem Bezugspunkt (R2) der beweglichen Arbeitsbühne (2) in Bezug auf die Position des Gebäudereferenzpunkts (R1) einzustellen, und - wobei die dreidimensionale Abtasteinrichtung (3), die Einstelleinrichtung (8), die stationäre Recheneinrichtung (6) und wenigstens ein erster Prozessor (21) über eine Datenübertragungseinrichtung (30, 31, 32) miteinander verbunden sind und - wobei der wenigstens eine erste Prozessor (21) eingerichtet ist, um Kollisionen zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) in dem Gebäude (4) und dem Personentransportfahrzeug (1) durch Vergleichen der Position einzelner Punkte der erzeugten Punktewolke (1A) mit der Position und Ausrichtung des dreidimensionalen Modells (2A) zum Erkennen einer Kollisionsgefahr zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) und dem menschlichen Transportfahrzeug (1) zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Prozessor (21) eingerichtet ist, um ein dreidimensionales Modell (2A) zu erzeugen, das die bewegliche Arbeitsbühne (2) darstellt, und der erste Prozessor (21) ferner eingerichtet ist, um die bis zu 6 Freiheitsgrade der Position und Ausrichtung des dreidimensionalen Modells (2A) zu ermitteln, das die bewegliche Arbeitsbühne (2) darstellt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend eine bewegliche Arbeitsbühne (2) auf jeder Seite der Längsachse des Personentransportfahrzeugs (1).
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die bewegliche Arbeitsbühne (2) entweder eine an einem Gebäudedach aufgehängte Arbeitsbühne oder eine am Boden verankerte Arbeitsbühne oder eine Arbeitsbühne mit Rädern oder eine Kombination aus einer an einem Gebäudedach aufgehängten Arbeitsbühne und einer am Boden verankerten Arbeitsbühne und einer Arbeitsbühne mit Rädern ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die bewegliche Arbeitsbühne (2) automatisch oder manuell gesteuert wird.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die wenigstens eine bewegliche Arbeitsbühne (2) eine oder eine Vielzahl von Druckvorrichtungen oder von Kameras oder von Robotern oder von Oberflächenbehandlungsvorrichtungen oder von Menschen oder eine Kombination aus einer Druckvorrichtung und einer Kamera und einem Roboter und einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung und eines Menschen trägt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Personentransportfahrzeug (1) ein Flugzeug, ein Hubschrauber, eine Rakete, ein Raumschiff, ein Trägerraketenfahrzeug, ein Zug, ein Auto, ein Bus oder ein Schiff oder ein Teil davon sein kann.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die dreidimensionale Abtasteinrichtung (3) von der beweglichen Arbeitsbühne (2) während dem Erzeugen der Punktewolke (1A) getragen werden kann oder nicht.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Datenübertragungseinrichtung auf einer Ethernet-basierten LAN- (30) oder WLAN-Infrastruktur (31, 32) basiert.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die stationäre Recheneinrichtung (6) wenigstens einen Hauptserver (10) und wenigstens einen zweiten Prozessor (20) für eine dreidimensionale Datenverarbeitung pro dreidimensionaler Abtasteinrichtung (3) zur Antikollisionsverwaltung sowie wenigstens einen Desktop für eine grafische Benutzeroberfläche (11) und eine Ethernet-Infrastruktur (30, 31, 32) umfasst, die alle miteinander verbindet.
  10. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Verhindern von Kollisionen zwischen dem Personentransportfahrzeug (1) und der wenigstens einen beweglichen Arbeitsbühne (2).
  11. Verwendung nach Anspruch 10, wobei die bewegliche Arbeitsbühne (2) ferner einen integrierten ersten Prozessor (21) umfasst, der eingerichtet ist, um die Position einzelner Punkte der erzeugten Punktewolke (1A) mit der Position und Ausrichtung des dreidimensionalen Modells (2A) so zu vergleichen, dass, wenn eine Kollisionsgefahr zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) und dem Personentransportfahrzeug (1) erkannt wird, eine vorbestimmte Entschleunigungskurve bis zu einem vollständigen Stopp umgesetzt wird, um einen vorbestimmten Mindestabstand zu einem physischen Kontakt zwischen eine beliebigen Teil des Personentransportfahrzeugs (1) und der beweglichen Arbeitsbühne (2) zwingend einzuhalten.
  12. Verwendung nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Mindestabstand zwischen der beweglichen Arbeitsbühne (2) und dem Personentransportfahrzeug (1) zwischen 100 mm und 200 mm, vorzugsweise 150 mm beträgt.
  13. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Umsetzen einer dynamischen Pfadplanung (Dynamic Path Planning, DPP) für die wenigstens eine bewegliche Arbeitsbühne (2), um manuell gesteuerte Bewegungen der beweglichen Arbeitsbühne (2) zum oder entlang des Personentransportfahrzeugs (1) auf der Grundlage von vorprogrammierten Bewegungsbahnen zu automatisieren.
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