DE4010033A1

DE4010033A1 - Radar-type control sensor - has sequencer operating antenna, sensor, amplifier, converter, memory, comparator and trigger

Info

Publication number: DE4010033A1
Application number: DE19904010033
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl Ing Lindner
Original assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1991-10-02

Abstract

The sensor comprises the series circuit of an antenna (30), a radar sensor (31) an amplifier (32), a converter (33) for the time-region or the spectral region, a store (34), a comparator (35), a trigger (36), as well as a sequence controller (37) operating the devices. The sequence controller pref. operates direct on all or a few of the modules in a control or regulation sense. The radar sensor may have plural polarisations of the irradiation and the reception direction, which when evaluated are series or parallel processed. USE/ADVANTAGE - Robot automated production system quality control and monitoring. Easily made, cheap and material saving.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kontrollsensor nach dem Ra darprinzip gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a control sensor according to the Ra the principle according to the preamble of the main claim.

Die Erfindung der genannten Art wird unter anderem in Ro boter- und Produktionsüberwachungsanlagen eingesetzt und kommt daher im Bereich der Qualitätssicherung und System überwachung zur Anwendung.The invention of the type mentioned is inter alia in Ro bot and production monitoring systems used and therefore comes in the area of quality assurance and system monitoring for application.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu implementieren mittels der eine störsichere Bildmu stererkennung ermöglicht ist. Dabei sollen bei Produkti onsprozessen anfallende Teile hinsichtlich ihrem Vorhan densein, ihrer Achslage, ihrer Beschaffenheit und ihrer Position zu weiteren Werkzeugen erkannt werden sowie be stimmbar sein. Insbesondere sollen durch die Erfindung op tische Kontrollsensoren ersetzbar sein.The invention has for its object an arrangement to implement by means of an interference-free image detection is possible. At Produkti on-process parts with regard to their existing existence, their axis position, their constitution and their Position to other tools can be recognized and be be tunable. In particular, op table control sensors can be replaced.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe soll daher zusätz lich leicht herstellbar, preiswert und materialsparend im plentierbar sein.The solution of the task according to the invention should therefore be additional easily manufactured, inexpensive and material-saving be plentable.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Haupt anspruch beschrieben. In den Unteransprüchen sind vorteil hafte Ausbildung aufgeführt.The solution to the problem according to the invention is in the main claim described. In the subclaims are advantageous training is listed.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß vorzugsweise ein kohärentes Dauerstrichradar derart ausge bildet ist, daß es störsicher Bildmuster erkennt. Hierzu wird die über eine Antenne abgestrahlte Sendelei stung am zu vermessenden Teil reflektiert und in einem Empfangsmischer mit einem Teil der Sendeleistung überla gert. Bei feststehendem Ziel entsteht am Ausgang des Mi schers eine Gleichspannung, welche in ihrer Größe vom Zielquerschnitt und im Vorzeichen von der Phasenlage des Reflektionssignals abhängt. Wird das zu kontrollierende Objekt bewegt, so ändert sich über dem Abstand die Phasen lage und es kommt bei gleichförmiger Bewegung zu einer si nusförmigen Ausgangsspannung, wenn das Objekt durch einen einzigen Reflektionspunkt gekennzeichnet ist. Dieser Ef fekt ist als Dopplerverschiebung bezeichenbar, je Voll schwingung wird ein Weg von λ/2 der Betriebsfrequenz zu rückgelegt.The achievement of the object is that preferably a coherent continuous wave radar made out in this way is that it recognizes image patterns without interference. For this purpose, the transmitter emitted by an antenna reflected on the part to be measured and in one Receiver mixer with part of the transmission power overlaid device. If the goal is set, the exit of the Mi shers a DC voltage, which varies in size from Target cross-section and in the sign of the phase position of the Reflection signal depends. Will that be controlled If the object moves, the phases change over the distance position and there is a si with uniform movement output voltage if the object is through a single reflection point is marked. This ef fect can be described as a Doppler shift, per full vibration becomes a path from λ / 2 to the operating frequency traveled.

Mithin ist eine Anordnung implementiert, welche die Auf gabenstellung in vollem Umfang und in vorteilhafter Weise erfüllt.Thus, an arrangement is implemented that the Auf position in full and in an advantageous manner Fulfills.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 3. Show it:

Fig. 1 die vorteilhafte Anordnung des Kontrollsensors; . Figure 1 illustrates the advantageous arrangement of the control sensor;

Fig. 2 mögliche auftretende Ausgangsspannungen am Aus gangsmischer; Fig. 2 possible output voltages occurring at the output mixer;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Kon trollsensors. Fig. 3 is a block diagram of the control sensor Kon invention.

Der erfindungsgemäße Kontrollsensor 10 nach Fig. 1 und 2 strahlt über seine Antenne Sendeleistung ab, die am zu vermessenden Teil reflektiert und in einem Empfangsmischer mit einem Teil der Sendeleistung überlagert ist. Bei fest stehendem Ziel entsteht am Ausgang des Mischers eine Gleichspannung, welche in ihrer Größe vom Zielquerschnitt und im Vorzeichen von der Phasenlage des Reflektionssi gnals abhängt. In Fig. 2 in Diagramm a ist dies durch die Linien 1 und 2 als oberer und unterer Grenzwert aufge zeigt.The control sensor 10 according to the invention according to FIGS. 1 and 2 emits transmission power via its antenna, which reflects on the part to be measured and is superimposed with part of the transmission power in a receiving mixer. When the target is fixed, a DC voltage arises at the output of the mixer, the size of which depends on the target cross section and the sign of the phase position of the reflection signal. In Fig. 2 in diagram a this is shown by lines 1 and 2 as the upper and lower limit.

Wird das zu kontrollierende Objekt 1 bewegt, so ändert sich über dem Abstand die Phasenlage und es kommt bei gleichförmiger Bewegung zu einer sinusförmigen Ausgangs spannung (Fig. 2 Diagramm b), wenn das Objekt 11 durch einen einzigen Reflektionspunkt gekennzeichnet ist. Dieser Effekt ist als Dopplerverschiebung bezeichenbar. Hierbei ist je Vollschwingung ein Weg von λ/2 der mittleren Be triebswellenlänge (λ) zurückgelegt worden. If the object to be checked 1 is moved, the phase angle changes over the distance and there is a sinusoidal output voltage in the case of uniform movement ( FIG. 2, diagram b) if the object 11 is characterized by a single reflection point. This effect can be described as a Doppler shift. A path of λ / 2 of the mean operating wavelength (λ) has been covered for each full oscillation.

Im Millimeterwellenbereich weist praktisch jeder Körper mehrere Reflektionszentren auf, dementsprechend sind die Rückstrahlquerschnitte und Weglängen unterschiedlich. Die einzelnen Echoanteile nach Fig. 1 überlagern sich im Mi scher nach Betrag und Phase und haben eine Verzerrung des Ausgangssignals zur Folge gemäß z. B. Fig. 2 Diagramm c.In the millimeter wave range, practically every body has several reflection centers, which means that the reflective cross sections and path lengths are different. The individual echo components according to FIG. 1 overlap in the mixer according to amount and phase and result in a distortion of the output signal according to z. B. Fig. 2 diagram c.

Da diese Verzerrung von der Struktur des Zielobjektes ab hängt, hat als Funktion des Einstrahlwinkels jedes Objekt 11 seinen charakteristischen Dopplerverlauf.Since this distortion depends on the structure of the target object, each object 11 has its characteristic Doppler curve as a function of the angle of incidence.

Abweichungen von der Soll-Achslage, Vollständigkeit oder auf Produktionsteile abgelegte Fremdteile können am Ampli tuden- und Phasenverlauf der Dopplerverschiebung erkannt werden. Dabei muß kein Gesamtbild erzeugt werden, es ge nügt eine eingespeicherte Sollkurve mit einer Istkurve zu vergleichen.Deviations from the target axis position, completeness or Foreign parts stored on production parts can be used on the Ampli The course and phase of the Doppler shift were recognized will. No overall picture has to be generated, it ge suffices a stored target curve with an actual curve to compare.

Eine Abtastung ist auch möglich, wenn das Produktionsteil steht und ein Bearbeitungsautomat (Roboter etc.) sich auf einem genau vorgeschriebenen Weg dem Teil nähert. Hierbei kann sogar der verbleibende Abstand zu jedem Zeitpunkt ex akt aus dem Verlauf der Dopplerkurve kontrolliert werden. Je nach Betriebswellenlänge und Auswerteverfahren können Bruchteile von einem Millimeter gemessen werden.A scan is also possible if the production part stands and a processing machine (robot etc.) gets up approaching the part in a precisely prescribed way. Here the remaining distance can even be ex be checked from the course of the Doppler curve. Depending on the operating wavelength and evaluation method Fractions of one millimeter can be measured.

Die erfindungsgemäße Anordnung nach Fig. 3 ist in einem Blockschaltbild der Gesamtanordnung dargestellt. 31 ist vorzugsweise ein kohärentes Radar mit Sender, Empfänger, Sende/Empfangsweiche und Antenne. Die analogen Ausgangssi gnale werden im A/D-Wandler 33 digitalisiert und beim Eineichen in den Speicher 34 als Sollwert eingeladen. Die aktuellen Meßsignale können in Realzeit direkt an den Kom parator 35 durchgereicht oder im Speicher verzögert zuge setzt werden. In beiden Fällen muß die für die Korrelation notwendige Überdeckung des Signalverlaufs gewährleistet sein. Für periodisch wiederkehrende Vorgänge (z. B. Rota tion) kann die Signalverarbeitung auch im Spektralbereich durchgeführt werden.The inventive arrangement of FIG. 3 is illustrated in a block diagram of the overall arrangement. 31 is preferably a coherent radar with transmitter, receiver, transceiver and antenna. The analog output signals are digitized in the A / D converter 33 and loaded into the memory 34 as a setpoint during calibration. The current measurement signals can be passed in real time directly to the comparator 35 or set with a delay in the memory. In both cases, the coverage of the signal curve necessary for the correlation must be ensured. For periodically recurring processes (e.g. rotation), signal processing can also be carried out in the spectral range.

Im Komparator 35 wird der Soll/Istvergleich durchgeführt und im entsprechenden Toleranzfeld eine Triggerstufe 36 durchgeschaltet. 37 ist die Ablaufsteuerung, welche Zu griff auf alle Betriebsparameter hat.The target / actual comparison is carried out in the comparator 35 and a trigger stage 36 is switched through in the corresponding tolerance field. 37 is the sequence control, which has access to all operating parameters.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist dabei vorzugsweise aus der Serienschaltung einer Antenne 30, eines Radarsensor 31, eines Verstärker 32 eines Wandler für Zeit- oder Spek tralbereich 33, eines Speicher 34, eines Komparator 35, eines Trigger 36, sowie der hierauf jeweils steuernd in den genannten Elementen wirkenden Ablaufsteuerung 37. Diese Ablaufsteuerung 37 wirkt dabei vorzugsweise direkt auf alle oder einige der oben genannten Baugruppen ein. Als Auswerteteil sind Wandler 33, Speicher 34, Komparator 33, Trigger 36 und Ablaufsteuerung 37 vorzugsweise aufzu fassen.The arrangement according to the invention is preferably from the series connection of an antenna 30 , a radar sensor 31 , an amplifier 32, a converter for time or spectral range 33 , a memory 34 , a comparator 35 , a trigger 36 , and the respective controlling in the above Sequence control 37 acting on elements. This sequence control 37 preferably acts directly on all or some of the modules mentioned above. As an evaluation part, the converter 33 , the memory 34 , the comparator 33 , the trigger 36 and the sequence control 37 are preferably to be understood.

Bei einigen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, die Reichweite des Sensors durch Modulation (Puls oder Fre quenzmodulation) einzuschränken oder auf das Zielgebiet anzupassen.In some applications it may be advantageous to use the Range of the sensor through modulation (pulse or fre sequence modulation) or to the target area adapt.

Weiterhin kann bei manchen Anwendungen eine Mehrzahl von Sensoren aus verschiedenen Blickwinkeln günstig sein. Furthermore, a plurality of Sensors from different angles.

Auch eine Staffelung mit stark unterschiedlichen Betriebs wellenlängen und geteilten Aufgaben kann Anwendung finden.Also a staggering with very different operations wavelengths and shared tasks can be used.

Durch die Ausbildung der Erfindung gemäß obiger Beschrei bung stellen sich die bereits oben genannten Vorteile ein.By designing the invention as described above the advantages already mentioned above.

Claims

1. control sensor according to the radar principle, characterized in that it from the series connection of an antenna 30 , a radar sensor 31 , an amplifier 32 , a converter for time or spectral range 33 , a memory 34 , egg comparator 35 , a trigger 36 , as well as the control system 37 acting thereon in each of the above-mentioned elements.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the sequence control 37 preferably acts directly on all or some of the modules according to claim 1 controlling and / or regulating.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the radar sensor has multiple polarizations of radiation and of the receiving device, which in the evaluation part can be processed in series or in parallel.