WO2009000727A1 - Optischer sensor für positionieraufgaben - Google Patents

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WO2009000727A1
WO2009000727A1 PCT/EP2008/057708 EP2008057708W WO2009000727A1 WO 2009000727 A1 WO2009000727 A1 WO 2009000727A1 EP 2008057708 W EP2008057708 W EP 2008057708W WO 2009000727 A1 WO2009000727 A1 WO 2009000727A1
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optical sensor
light
plausibility test
evaluation means
length
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PCT/EP2008/057708
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Thomas Weingartz
Johannes Gromke
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Fraba Ag
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    • G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring length and / or speed, in particular for positioning tasks, in which an optical sensor without contact a length and / or
  • the invention relates to a device for non-contact measurement of the longitudinal and / or speeds of a measurement object, in particular for performing positioning tasks, comprising at least one optical sensor, wherein the optical sensor performs a non-contact length and / or speed measurement, with the optical sensor an image processing method
  • Local frequency filtering method or a laser Doppler method for length and / or speed measurement is feasible and evaluation means are provided, with which reference marks are recognizable.
  • Optical sensors are increasingly being used to measure lengths and / or speeds of DUTs. For example, with optical sensors Speeds and path progress of vehicles relative to the ground, the actual measurement object, are determined. They offer the advantage that a length and / or speed measurement can be carried out without contact solely via features of the surface over which the sensor moves, for example. In principle, it requires no additional installation of way or signal emitting means to determine the position of an optical sensor.
  • Optical sensors for length and / or speed measurement preferably use the image processing method, the
  • Spatial frequency filtering method and / or the laser Doppler method Spatial frequency filtering method and / or the laser Doppler method.
  • a laser beam is split into two sub-beams via a beam splitter, and both sub-beams are made to interfere at different angles on the surface of the material to be measured. Both laser beams now experience a different Doppler shift due to the speed of the sensor relative to, for example, the ground. a frequency shift depending on the
  • the low-frequency beat frequency contained in the scattered laser light is directly proportional to the speed of the sensor in the first order relative to the measured object or its surface.
  • An optical sensor employing the spatial frequency filtering method determines the velocity and therefrom the corresponding amount of time from the frequency at which the optical elements of the sensor measure identity variations.
  • the sensor using the image processing method determines the speed and therefrom the distance traveled from the comparison between at different times recorded images or brightness patterns on the photosensitive elements of the optical sensor.
  • the three methods described alone all have the property of being able to determine only a relative path progress, without establishing an absolute relationship between the reference system of the sensor and the reference system of the measurement object.
  • This fact has serious disadvantages in positioning tasks. For example, a power failure can lead to the fact that position information is no longer present, in particular when it comes to a relative movement between the sensor and the measured object in the voltage-free state.
  • Another disadvantage is due, for example, to the fact that the measuring errors occurring in the device during each measured path progress are accumulated over longer distances without being able to be corrected.
  • an absolute relation between the location system of the sensor and the reference system of the measurement object can be established by the detection of stationary reference marks localized on the measurement object by the sensor, which eliminates many disadvantages of the relative displacement measurement.
  • the present invention based on the object, a simple method and a simple device for length and / or Speed measurement to provide which or which provides a higher measurement reliability, so that it can also be used in safety-related application areas.
  • the above-derived object is achieved for a generic method in that evaluation means perform a reference mark recognition and a plausibility test is carried out in which a signal is generated depending on the result of the plausibility test.
  • the device according to the invention makes it possible to carry out plausibility tests, which can be used to indicate fault conditions of the sensor system. For example, an error signal can thus be generated if the reference marking is not recognized after a certain path progress. At the same time, of course, even with positive reference mark detection, a "positive" detection signal can be generated. For example, depending on the result of the plausibility test, further measurements or tests can be carried out, in particular a test of a possibly existing light source or the like.
  • an optical and / or acoustic signal display is performed. Disturbances but also a more regular operation can be achieved by optical signal displays, such as a red LED or lamp for the Users of the devices are easily recognizable signaled. Acoustic warning tones are also suitable.
  • values for at least one counter which correspond to the path progress and / or the position of the sensor relative to the measurement object are generated with evaluation means according to a further embodiment of the method.
  • the values of two counters may correspond to values of a Cartesian coordinate system, so that a simple position determination can be made from the counter values.
  • a linear position determination from the changed counter values with only one counter is also conceivable.
  • the values of the counters are constantly regenerated or changed.
  • the at least one counter can be made available both internally with the evaluation means and externally.
  • an optical sensor using the image processing method determines the values for at least one counter from the correlation of at least two temporally successive images, so that a path progress determination or position determination is possible with as little equipment as possible.
  • temporally successive images on the one hand immediately consecutive images, but generally to understand images at different times.
  • the positions of the reference markings are stored in a value table and the value table is used to carry out a plausibility test.
  • the value table can be provided internally with the evaluation means or externally.
  • the current, measured position of the optical sensor relative to the measurement object is preferably compared with positions in the value table, so that the test can be carried out particularly simply and quickly.
  • the current, measured position of the optical sensor corresponds for example to the value of the counter.
  • the operational reliability and accuracy of the determination of length and / or velocity can be further improved.
  • a particularly simple detection of fault states of the device is achieved by using the deviation of the counter values from the actual position of the optical sensor or the device as a measure of the presence of a fault.
  • the determination of the actual position is possible by the recognition of reference marks, since these are localized stationary on the measurement object.
  • the determination and monitoring of the deviation can take place periodically, after a certain path progress periodically and / or upon detection of a reference mark. For which counter values the recognition of a reference mark is to be expected, the device is known by the value table.
  • the deviation of the counter values from the actual position can be determined, for example, by recognizing a reference mark at a counter value that is not recorded in the value table. Furthermore, a deviation can be determined, for example, by the fact that no reference mark is detected in the case of a counter value recorded in the value table.
  • the amount of deviation for the detection of a disturbance can be variably adjusted, it is possible in particular to respond to accuracy and safety requirements in an application-specific manner.
  • a control for example of a driverless transport vehicle, can be controlled by the method according to the invention by virtue of the fact that the result of the plausibility test is provided via digital outputs is transmitted. It can thus also transmit more information about the state of the device.
  • the reference markings are assigned in a "teach-in” method by the optical sensor measured positions and stored in a look-up table.
  • the "teach-in” method can not only include the assignment of the measured position of a particular reference mark, it is also possible to additionally assign characteristic features of the reference mark to the measured position, so that the reference markings can be clearly recognized. In this way, a completely absolute spatial relationship between the position of the sensor and the position of the measurement object can be achieved.
  • the characteristic pattern of a reference mark can be deposited.
  • the laser Doppler or spatial frequency filter method It is conceivable to achieve a characteristic signal change of the laser Doppler signal of the Ortfrequenzfilterhabilits in these latter method via reference marks with areas of different reflection properties.
  • the reference marks Although it is in principle possible to arrange the reference marks as desired, it is advantageous, however, to arrange them linearly and / or in a two-dimensional dot pattern and / or to form them as a line grid. In a linear arrangement, for example, by measuring a distance between two reference marks the Positions of the other reference marks are determined and stored, for example, in the value table.
  • the absolute position of a reference mark can be easily assigned by the fact that the reference marks are additionally encoded, in particular unambiguously encoded.
  • absolute positions can be assigned to the coded signals via a simple value table, so that the detected absolute position can be compared with the actual position of the reference marking immediately upon recognition of a coded or unambiguously coded reference marking.
  • the images of a reference mark determined by an optical sensor are transmitted to additional internal and / or external evaluation means for reference mark recognition, so that due to the parallel processing of the data, an accelerated reference mark recognition takes place.
  • the reference marker recognition is usually based on a pattern recognition, which can also be performed internally within the evaluation.
  • the reference markings cause a significant change in the amount of light and / or light intensity measured by the optical sensor, so that reference markings are recognized by the optical sensor via the change in light quantity and / or light intensity. It has been found that a significant change in the amount of light and / or light intensity caused by the measured optical sensor, regardless of the nature of the method used for length and / or speed measurement detected very quickly and can be evaluated quickly and easily accordingly. Under a significant change in the measured amount of light and / or intensity is in this case a change in the amount of light bwz. Light intensity viewed by more than 20%.
  • the method according to the invention is thus very well suited, in particular, for positioning tasks, since an exact position determination is carried out in a timely manner by the fast reference mark recognition and thus the speeds with which the positioning tasks, for example of a driverless vehicle, can be increased.
  • the reference markings have light-reflecting, in particular reflective surface areas and / or surface areas which strongly absorb light and / or transmit light.
  • these make it possible to change in a particularly simple manner the amount of light or light intensity measured by the sensor, for example when the sensor has its own light source for illuminating a measured object, in order to detect a reference mark.
  • matt black areas can serve as strongly absorbing surfaces.
  • Transmitting areas are characterized by the fact that incident light is not reflected and thus not measured by the sensor. They reduce the amount of light or light intensity measured by the optical sensor.
  • transmitting areas can simply pass through the object being measured arranged holes or column can be provided.
  • Highly reflective surface areas greatly increase the measured amount of light or light intensity in comparison to the rest of the measurement object surface, so that a simple reference mark recognition is also ensured thereby.
  • the above-described object is achieved by a generic device in that a plausibility test can be carried out with the evaluation means and a signal can be generated depending on the result of the plausibility test.
  • an optical and / or acoustic signal display is provided.
  • the signal display both a fault and a perfect working condition of the device can be signaled.
  • evaluation means which provide at least one counter whose values correspond to the path progress and / or the position of the sensor relative to the measurement object, so that a comparison of the current, measured position or counter values with a predetermined value is easily possible Values, for example from Reference marks can be made.
  • the default values are listed in the value table.
  • references markings in a "teach-in mode" can make a device according to the invention available according to a further embodiment in that positions of reference markings can be determined from the counter values and stored in a value table via the evaluation means. In this mode, therefore, measured positions or counter values but also characteristic measurement signals, for example for pattern recognition, which are measured by the optical sensor can be assigned to the reference markings.
  • a particularly simple plausibility test can be provided by performing a plausibility test via the evaluation means, in which at least the respective position is compared with positions stored in the value tables. The determined deviation can then be used as a measure of the existence of a fault.
  • the optical sensor has at least one digital output, it is possible in a simple manner to output a signal to an external control unit which, for example, transmits the result of the plausibility test to a controller. However, further status information can also be transmitted.
  • reference marks are provided, which cause a significant change in the measured amount of light or light intensity with the sensor, and the reference marks can be recognized by the evaluation means via the change in the amount of light or light intensity.
  • the incident light quantity significantly changing reference marks on the measurement of the sunken amount of light can be detected very quickly and easily.
  • a corresponding device requires so far no complex evaluation and yet can increase the length and / or speed measurement by using the reference marks in their accuracy.
  • the device according to the invention can be further improved by providing coded, in particular unambiguously coded reference markings.
  • This makes it possible to assign the particular unambiguously coded reference marks preferably absolute positions, so that they can be used for referencing or for larger deviations for the initiation of a plausibility test.
  • Fig. 3 is a schematic circuit diagram of a second embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 1 A first embodiment of a device according to the invention for non-contact measurement of longitudinal and / or velocities is shown in FIG. 1 in a schematic side view.
  • the device 1 according to the invention comprises an optical sensor 2 and reference marks 3.
  • the optical sensor 2 is designed, for example, in the present exemplary embodiment as an optical sensor using the image processing method.
  • the optical sensor 2 has, for example, a two-dimensional array of photosensitive elements 4 with an associated imaging optics 5. Instead of an array, however, it is also possible to use two rows of photosensitive elements or other detectors arranged at an angle, for example perpendicular to one another.
  • the imaging optics 5 is only optional.
  • the device has an optional light source 6, which can be formed for example by light-emitting diodes, so that the exemplary embodiment according to the invention is independent of extraneous light.
  • evaluation means 7 which evaluate the information supplied by the array 4.
  • the optical sensor 2 is now moved over a surface 8 of a measurement object.
  • values of two counters are generated or constantly changed by the evaluation means, their change corresponding to the path progress of the measurement object relative to the sensor in two different spatial directions, for example in orthogonal directions. It is also conceivable that in a movement in only one spatial direction, a single counter is used.
  • the counters can preferably be made available via the evaluation means 7. However, it is also conceivable to output the counter values via a data output and process them externally.
  • the light quantity or light intensity measured by the optical sensor changes significantly, because the reference marks 3 reflect the light irradiated by the light source 6 more strongly than the other areas of the surface 8, so that the reference mark 3 can be easily recognized via the evaluation means 7 can.
  • the achievement of the reference mark 3 can be output to a controller 12 or displayed to a controller via a digital output.
  • the counter values which correspond to the path progress of the device according to the invention and / or its position, can also be stored in a value table.
  • the value table for example, in a memory module of the evaluation 7 but also spatially outside the evaluation, for example, in an external Ausireinstanz 11 are provided.
  • a plausibility test can be carried out via the evaluation means 7 in which, for example, the measured position of the sensor given by the counter values is compared with the actual position of the sensor determined by the position of the reference mark and the corresponding reference mark Value table stored value is given.
  • the optical / acoustic signal display 14 is activated and an optical and / or acoustic signal, for example in the event of a fault, is generated.
  • the device according to the invention achieves a particularly high degree by checking its own state by means of the plausibility test Safety during operation, so that the device can also be used in safety-relevant applications.
  • the reference marks 3 have areas 9, which have particularly good reflection properties for light. These may be formed, for example, as specular or reflector surfaces.
  • the areas 9 can be formed for example by a roughened metal surface but also by mirrored surface areas.
  • the regions 9 of the reference marking 3 ensure that the optical sensor 2 measures a significantly higher light intensity or quantity of light when a reference marking is reached, so that the reference marking 3 can be recognized quickly.
  • the reference marks may have characteristic patterns as shown in Fig. 2a) and Fig. 2b), by which they are coded. However, it is also possible, as FIG. 2 c) shows, to form the reference mark 3 by a single area 9 having very good reflection properties. Conversely, it is also conceivable that a corresponding marking just causes the opposite, namely a significant reduction in the measured light intensity, for example, by strongly light-absorbing surfaces. This can be achieved, for example, by the reference markings 3 having areas 10 with very high absorption capacity, for example matt black areas. As stated earlier, the highly light-absorbing Areas can also be realized by, for example, depressions or holes, gaps in the ground.
  • FIG. 3 A schematic circuit diagram of a second embodiment of the device according to the invention for length and / or speed measurement is shown in FIG. 3.
  • the measurement signals generated by the optical sensor 2 are forwarded to the evaluation means 7, which generate corresponding counter values for the travel progress and / or the position of the device to determine.
  • this is achieved, for example, by correlating at least two successive successive images.
  • the evaluation means 7 then carry out a plausibility test.
  • the counter values corresponding to the current measured position which correspond, for example, to a position of the device in a Cartesian coordinate system, are compared with actual positions for the reference marks stored in a table of values. If the counter values do not correspond to the values stored or stored in the value table when a reference mark 3 is reached, a signal can be set via the digital output 13 to an external controller 12 and to an optical and / or acoustic signal display 14.
  • the control unit 12 may be, for example, a control unit of a driverless vehicle. It may also be useful to carry out plausibility tests at a known speed, periodically or after a certain path progress, in order to increase the accuracy of a length measurement.
  • a higher-level evaluation unit 11 to which the images of the optical sensor 2 forwarded to the evaluation means 7 can be sent.
  • an independent pattern recognition can take place in order to unambiguously identify coded reference markings 3.
  • the higher-level Austicianinstanz 11 also provide the control unit 12 with data on the achievement of a reference mark or the achievement of a coded reference mark.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung, insbesondere für Positionieraufgaben, bei welchem ein optischer Sensor berührungslos eine Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung an einem Messobjekt durchführt, wobei der optische Sensor die Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung über ein Bildverarbeitungsverfahren, über ein Ortsf requenzf ilterverf ahren und/oder durch ein Laser- Doppler-Verf ahren durchführt und vom optischen Sensor Referenzmarkierungen erkannt werden sowie eine entsprechende Vorrichtung. Die Aufgabe, ein einfaches Verfahren und eine einfache Vorrichtung zur Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung zur Verfügung zu stellen, welches bzw. welche eine höhere Messsicherheit bietet, so dass diese auch in sicherheitsrelevante Anwendungsgebieten verwendet werden kann wird dadurch gelöst, dass Auswertemittel eine Referenzmarkierungserkennung durchführen und ein Plausibilitätstest durchgeführt wird, bei welchem abhängig von dem Ergebnis des Plausibilitätstest ein Signal generiert wird.

Description

Optischer Sensor für Positionieraufgaben
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung, insbesondere für Positionieraufgaben, bei welchem ein optischer Sensor berührungslos eine Längen- und/oder
Geschwindigkeitsmessung an einem Messobjekt durchführt, wobei der optische Sensor die Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung über ein Bildverarbeitungsverfahren, über ein
Ortsfrequenzfilterverfahren und/oder durch ein Laser- Doppler-Verfahren durchführt und vom optischen Sensor Referenzmarkierungen erkannt werden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung von Längen- und/oder Geschwindigkeiten eines Messobjektes, insbesondere zur Durchführung von Positionieraufgaben, umfassend mindestens einen optischen Sensor, wobei der optische Sensor eine berührungslose Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung durchführt, mit dem optischen Sensor ein Bildverarbeitungsverfahren, ein
Ortsfrequenzfilterverfahren oder eines Laser-Doppler- Verfahren zur Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung durchführbar ist und Auswertemittel vorgesehen sind, mit welchen Referenzmarkierungen erkennbar sind.
Optische Sensoren werden in zunehmendem Maße zur Messung von Längen und/oder Geschwindigkeiten von Messobjekten eingesetzt. Beispielsweise können mit optischen Sensoren Geschwindigkeiten und Wegfortschritt von Fahrzeugen relativ zum Boden, dem eigentlichen Messobjekt, ermittelt werden. Sie bieten den Vorteil, dass allein über Merkmale der Oberfläche, über welche sich der Sensor beispielsweise bewegt, eine Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung berührungslos durchführbar ist. Es bedarf insofern prinzipiell keiner zusätzlichen Installation von weg- oder signalausgebenden Mitteln, um die Position eines optischen Sensors zu ermitteln. Optische Sensoren zur Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung wenden vorzugsweise das Bildverarbeitungsverfahren, das
Ortsfrequenzfilterverfahren und/oder das Laser-Doppler- Verfahren an. Beim Laser-Doppler-Verfahren wird ein Laserstrahl über einen Strahlteiler in zwei Teilstrahlen aufgeteilt und beide Teilstrahlen unter verschiedenen Winkeln auf der Oberfläche des Messgutes zur Interferenz gebracht. Beide Laserstrahlen erfahren nun aufgrund der Geschwindigkeit des Sensors gegenüber beispielsweise dem Boden eine unterschiedliche Dopplerverschiebung, d.h. eine Frequenzverschiebung abhängig von der
Relativgeschwindigkeit. Die im gestreuten Laserlicht enthaltende niederfrequente Schwebungsfrequenz ist in erster Ordnung direkt proportional zur Geschwindigkeit des Sensors gegenüber dem vermessenen Objekt bzw. dessen Oberfläche. Ein optischer Sensor, welcher das Ortsfrequenzfilterverfahren anwendet, ermittelt die Geschwindigkeit und daraus die entsprechend zurückgelegte Länge aus der Frequenz, mit welcher die optischen Elemente des Sensors Identitätsschwankungen messen. Der das Bildverarbeitungsverfahren anwendende Sensor ermittelt die Geschwindigkeit und daraus die zurückgelegte Länge aus dem Vergleich zwischen zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommenen Bildern bzw. Helligkeitsmustern auf den lichtempfindlichen Elementen des optischen Sensors. Es werden also Objektmerkmale der Objektoberfläche, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll, ermittelt und deren Bewegung durch Bildung einer Korrelationsfunktion zwischen Bildern unterschiedlicher Zeitpunkte bestimmt. Zunehmend sollen unter Verwendung optischer Sensoren auch Positionieraufgaben erfüllt werden, bei welchen eine exakte Positionsbestimmung notwendig ist. Die drei beschriebenen Verfahren alleine haben in diesem Zusammenhang alle die Eigenschaft, nur einen relativen Wegfortschritt ermitteln zu können, ohne dass ein absoluter Bezug zwischen dem Bezugssystem des Sensors und dem Bezugssystem des Messobjektes hergestellt wird. Diese Tatsache hat bei Positionieraufgaben gravierende Nachteile. Beispielsweise kann ein Stromausfall dazu führen, dass keine Positionsinformation mehr vorliegt, insbesondere dann, wenn es im spannungsfreien Zustand zu einer Relativbewegung zwischen Sensor und Messobjekt kommt. Ein weiterer Nachteil liegt beispielsweise darin begründet, dass die bei jedem gemessenen Wegfortschritt auftretenden Messfehler der Vorrichtung über längere Strecken akkumuliert werden, ohne korrigiert werden zu können. Durch die Erkennung von ortsfest am Messobjekt lokalisierten Referenzmarken durch den Sensor kann hingegen eine absolute Relation zwischen dem Ortssystem des Sensors und dem Bezugssystem des Messobjektes hergestellt werden, die viele Nachteile der relativen Wegmessung beseitigt.
Aus der auf die Anmelderin zurückgehenden, offengelegten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2005 040 772 ist darüber hinaus bekannt, dass optische Sensoren Referenzmarkierungen verwenden, um auf einfache Weise den Sensor zu referenzieren und dessen Position zu bestimmen. Vorgeschlagen wird in der genannten Offenlegungsschrift , dass beispielsweise bei einem das Bildverarbeitungsverfahren verwendenden Sensor eine Mustererkennung der Referenzmarkierung erfolgt und zur Referenzierung genutzt wird. Allerdings ist eine Mustererkennung zur Erkennung der Referenzmarkierungen zeit- und rechenaufwändig. Schließlich ist die Erkennung von Referenzmarkierungen durch Sensoren, beispielsweise für fahrerlose Transportfahrzeuge oder Aufzugsteuerungen bekannt, wobei bisher die Referenzmarkierungen entweder nicht optisch, also beispielsweise magnetisch oder mit einem separaten optischen Sensor, welcher keine Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung vornehmen konnte, erfasst wurden .
Ferner ist aus der US Patentanmeldung US 2004/0221790 Al eine Vorrichtung zur Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessungen bekannt, welche ebenfalls Referenzmarkierungen erkennen kann. Zwar wird in der US- Patentanmeldung vorgeschlagen Referenzmarkierungen zur Verbesserung der Genauigkeit der Positionsangabe zu verwenden, eine Verwendung der bekannten Vorrichtung in sicherheitsrelevanten Anwendungsgebieten scheitert zumeist an den mangelnden Vorkehrung hinsichtlich Störungen der Sensorik .
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren und eine einfache Vorrichtung zur Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung zur Verfügung zu stellen, welches bzw. welche eine höhere Messsicherheit bietet, so dass diese auch in sicherheitsrelevante Anwendungsgebieten verwendet werden kann.
Die oben hergeleitete Aufgabe wird für ein gattungsgemäßes Verfahren dadurch gelöst, dass Auswertemittel eine Referenzmarkierungserkennung durchführen und ein Plausibilitätstest durchgeführt wird, bei welchem abhängig von dem Ergebnis des Plausibilitätstests ein Signal generiert wird.
Im Gegensatz zu den bisherigen Lösungen aus dem Stand der Technik ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung die Durchführung von Plausibilitätstests, welche zur Anzeige von Störungszuständen der Sensorik verwendet werden kann. Beispielsweise kann damit bei nicht erkannter Referenzmarkierung nach einem bestimmten Wegfortschritt ein Fehlersignal erzeugt werden. Gleichzeitig kann selbstverständlich auch bei positiver Referenzmarkierungserkennung ein "positives" Erkennungssignal erzeugt werden. Beispielsweise können abhängig von dem Ergebnis des Plausibilitätstests, weitere Messungen oder Tests durchgeführt werden, insbesondere eine Prüfung einer eventuell vorhandenen Lichtquelle oder ähnliches .
Vorzugsweise erfolgt gemäß einer nächsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine optische und/oder akustische Signalanzeige. Störungen aber auch ein regulärere Betrieb kann durch optische Signalanzeigen, beispielsweise einer roten LED oder Lampe für die Verwender der Vorrichtungen leicht erkennbar signalisiert werden. Akustische Warntöne sind ebenfalls dazu geeignet.
Zur Positionsbestimmung bzw. zur Bestimmung des Wegfortschritts des Sensors relativ zum Messobjekt werden gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Auswertemitteln Werte für mindestens einen Zähler generiert, welche dem Wegfortschritt und/oder der Position des Sensors relativ zum Messobjekt entsprechen. Beispielsweise können die Werte von zwei Zählern Werten eines kartesischen Koordinatensystems entsprechen, so dass eine einfache Positionsbestimmung aus den Zählerwerten vorgenommen werden kann. Eine lineare Positionsbestimmung aus den geänderten Zählerwerten bei nur einem Zähler ist ebenfalls denkbar. Bei einer Bewegung des Sensors werden die Werte der Zähler ständig neu generiert bzw. geändert. Der mindestens eine Zähler kann sowohl intern mit den Auswertemitteln als auch extern zur Verfügung gestellt werden .
Vorzugsweise ermittelt ein das Bildverarbeitungsverfahren verwendender optischer Sensor aus der Korrelation von mindestens zwei zeitlich aufeinander folgenden Bildern die Werte für mindestens einen Zähler, so dass eine Wegfortschrittsbestimmung bzw. Positionsbestimmung mit möglichst geringem apparativen Aufwand möglich ist. Mit zeitlich aufeinander folgenden Bildern sind einerseits unmittelbar aufeinander folgende Bilder, allgemein jedoch Bilder zu verschiedenen Zeitpunkten zu verstehen.
Um die Genauigkeit der Positionsbestimmung unter Verwendung eines optischen Sensors zur Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung weiter zu verbessern, wird gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Positionen der Referenzmarkierungen in einer Wertetabelle abgelegt und die Wertetabelle zur Durchführung eines Plausibilitätstest verwendet. Die Wertetabelle kann intern mit den Auswertemitteln oder extern zur Verfügung gestellt werden.
Vorzugsweise werden während des Plausibilitätstests zumindest die aktuelle, gemessene Position des optischen Sensors relativ zum Messobjekt mit Positionen in der Wertetabelle verglichen, so dass der Test besonders einfach und schnell durchgeführt werden kann. Die aktuelle, gemessene Position des optischen Sensors entspricht beispielsweise dem Wert des Zählers. Mit dem Plausibilitätstest, beispielsweise durchgeführt bei Erreichen einer Referenzmarkierung, kann zudem gewährleistet werden, dass die die durch den Zählerwert gegebene, aktuell gemessene Position mit der gemäß der Wertetabelle tatsächlich erreichten Positionen korrigiert wird. Die Genauigkeit der Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung kann auf diese Weise gesteigert werden, da die über den bisherigen Wegfortschritt im Zählerwert akkumulierten Messfehler weitgehend eliminiert werden .
Wird der Plausibilitätstest zeitlich periodisch, nach einem bestimmten Wegfortschritt periodisch und/oder bei Erkennung einer Referenzmarke durchgeführt, kann die Betriebssicherheit und Genauigkeit der Längen- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung weiter verbessert werden. Eine besonders einfache Erkennung von Störungszuständen der Vorrichtung wird dadurch erreicht, dass als Maß für das Vorliegen einer Störung die Abweichung der Zählerwerte von der tatsächlichen Position des optischen Sensors bzw. der Vorrichtung verwendet wird. Die Feststellung der tatsächlichen Position wird durch die Erkennung von Referenzmarkierungen möglich, da diese am Messobjekt ortsfest lokalisiert sind. Die Feststellung und Überwachung der Abweichung kann zeitlich periodisch, nach einem bestimmten Wegfortschritt periodisch und/oder bei Erkennung einer Referenzmarke erfolgen. Bei welchen Zählerwerten die Erkennung einer Referenzmarkierung zu erwarten ist, ist der Vorrichtung durch die Wertetabelle bekannt. Die Abweichung der Zählerwerte von der tatsächlichen Position kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, dass eine Referenzmarkierung bei einem Zählerwert erkannt wird, der nicht in der Wertetabelle verzeichnet ist. Weiterhin kann eine Abweichung beispielsweise dadurch festgestellt werden, dass bei einem in der Wertetabelle verzeichneten Zählerwert keine Referenzmarkierung detektiert wird.
Ist die Höhe der Abweichung zur Erkennung einer Störung variabel einstellbar, kann insbesondere applikationsspezifisch auf Genauigkeits- und Sicherheitsanforderungen reagiert werden.
Auf einfache Weise kann über das erfindungsgemäße Verfahren eine Steuerung, beispielsweise eines fahrerlosen Transportfahrzeuges dadurch angesteuert werden, dass über digitale Ausgänge das Ergebnis des Plausibilitätstests übermittelt wird. Es lassen sich damit auch weitere Informationen über den Zustand der Vorrichtung übertragen.
Gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform werden die Referenzmarkierungen in einem "Teach-In"- Verfahren vom optischen Sensor gemessenen Positionen zugeordnet und in einer Wertetabelle abgelegt. Das "Teach- In"-Verfahren kann nicht nur die Zuordnung der gemessenen Position einer bestimmten Referenzmarkierung umfassen, möglich ist auch, zusätzlich charakteristische Merkmale der Referenzmarkierung der gemessen Position zuzuordnen, so dass die Referenzmarkierungen eindeutig erkannt werden können. Hierdurch kann ein vollständig absoluter räumlicher Bezug zwischen der Position des Sensors und der Lage des Messobjekts erreicht werden. Beispielsweise kann mit einem das Bildverarbeitungsverfahren verwendenden, optischen Sensor das charakteristische Muster einer Referenzmarkierung hinterlegt werden. Gleiches gilt auch für das Laser-Doppler- bzw. Ortsfrequenzfilterverfahren . Vorstellbar ist bei diesen letztgenannten Verfahren über Referenzmarkierungen mit Bereichen unterschiedlicher Reflektionseigenschaften eine charakteristische Signaländerung des Laser-Doppler-Signals des Ortfrequenzfilterverfahrens zu erzielen.
Zwar ist grundsätzlich möglich, die Referenzmarkierungen beliebig anzuordnen, vorteilhaft ist jedoch, diese linear und/oder in einem zweidimensionalen Punktraster anzuordnen und/oder als Linienraster auszubilden. Bei einer linearen Anordnung kann beispielsweise durch Vermessen eines Abstandes zwischen zwei Referenzmarkierungen die Positionen der übrigen Referenzmarkierungen ermittelt und beispielsweise in der Wertetabelle abgelegt werden.
Darüber hinaus kann die absolute Position einer Referenzmarkierung dadurch leicht zugeordnet werden, dass die Referenzmarkierungen zusätzlich codiert, insbesondere eindeutig codiert sind. Beispielsweise kann über eine einfache Wertetabelle den codierten Signalen absolute Positionen zugeordnet sein, sodass unmittelbar bei Erkennen einer codierten bzw. eindeutig codierten Referenzmarkierung die gemessene absolute Position mit der tatsächlichen Position der Referenzmarkierung verglichen werden kann.
Vorzugsweise werden die durch einen optischen Sensor ermittelten Bilder einer Referenzmarkierung an zusätzliche interne und/oder externe Auswertemittel zur Referenzmarkierungserkennung übermittelt, sodass aufgrund der parallelen Verarbeitung der Daten eine beschleunigte Referenzmarkierungserkennung erfolgt. Die Referenzmarkierungserkennung beruht dabei üblicherweise auf einer Mustererkennung, welche auch intern innerhalb der Auswertemittel vorgenommen werden kann.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bewirken die Referenzmarkierungen eine signifikante Änderung der vom optischen Sensor gemessenen Lichtmenge und/oder Lichtintensität, so dass über die Lichtmengen- und/oder Lichtintensitätsänderung Referenzmarkierungen vom optischen Sensor erkannt werden. Es hat sich gezeigt, dass eine signifikante Änderung der Lichtmenge und/oder Lichtintensität, welche durch den optischen Sensor gemessen wird, unabhängig von der Art des zur Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung verwendeten Verfahrens besonders schnell erfasst und dementsprechend schnell und einfach ausgewertet werden kann. Unter einer signifikanten Änderung der gemessenen Lichtmenge und/oder -intensität wird vorliegend eine Änderung der Lichtmenge bwz . Lichtintensität um mehr als 20% angesehen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist damit insbesondere für Positionieraufgaben sehr gut geeignet, da durch die schnelle Referenzmarkierungserkennung eine exakte Positionsbestimmung zeitnah erfolgt und damit die Geschwindigkeiten, mit welcher die Positionieraufgaben, beispielsweise eines führerlosen Fahrzeugs erledigt werden können, gesteigert werden kann.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die Referenzmarkierungen Licht reflektierende, insbesondere spiegelnde Flächenbereiche und/oder Licht stark absorbierende und/oder Licht transmittierende Flächenbereiche auf. Diese ermöglichen es, auf besonders einfache Weise die vom Sensor gemessene Lichtmenge bzw. Lichtintensität, beispielsweise wenn der Sensor eine eigene Lichtquelle zur Beleuchtung eines Messobjektes aufweist, zu ändern, um eine Referenzmarkierung zu erkennen. Als stark absorbierende Flächen können beispielsweise matt-schwarze Flächen dienen. Transmittierende Flächenbereiche zeichnen sich dadurch aus, dass eingestrahltes Licht nicht reflektiert und damit vom Sensor nicht gemessen wird. Sie verringern die durch den optischen Sensor gemessene Lichtmenge oder Lichtintensität. Transmittierende Flächenbereiche können beispielsweise einfach durch auf dem Messobjekt angeordnete Löcher oder Spalte zur Verfügung gestellt werden. Stark reflektierende Flächenbereiche erhöhen im Vergleich zur übrigen Messobjektoberfläche die gemessene Lichtmenge oder Lichtintensität stark, so dass auch hierdurch eine einfache Referenzmarkierungserkennung gewährleistet ist.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch eine gattungsgemäße Vorrichtung dadurch gelöst, dass mit den Auswertemitteln ein Plausibilitätstest durchführbar ist und abhängig vom Ergebnis des Plausibilitätstest ein Signal erzeugbar ist.
Wie bereits ausgeführt, können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sicherheitsrelevante Anwendungsgebiete bei geringem apparativem Aufbau erschlossen werden, da durch die Möglichkeit der Durchführung von Plausibilitätstests Störungszustände der Vorrichtung schnell erkannt werden können .
Vorzugsweise ist eine optische und/oder akustische Signalanzeige vorgesehen. Mit der Signalanzeige kann sowohl eine Störung als auch ein einwandfreier Arbeitszustand der Vorrichtung signalisiert werden.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Auswertemittel vorgesehen, welche mindestens einen Zähler bereitstellen, dessen Werte dem Wegfortschritt und/oder der Position des Sensors relativ zum Messobjekt entsprechen, so dass auf einfache Weise ein Vergleich der aktuellen, gemessenen Position bzw. Zählerwerten mit vorgegebenen Werten, beispielsweise von Referenzmarkierungen erfolgen kann. Die vorgegebenen Werte sind in der Wertetabelle verzeichnet.
Ein Einlernen von Referenzmarkierungen in einem "Teach-In- Modus" kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung dadurch zur Verfügung stellen, dass über die Auswertemittel aus den Zählerwerten Positionen von Referenzmarkierungen ermittelbar und in einer Wertetabelle ablegbar sind. In diesem Modus können den Referenzmarkierungen daher gemessene Positionen bzw. Zählerwerte aber auch charakteristische Messsignale, beispielsweise zur Mustererkennung, welche vom optischen Sensor gemessen wurden, zugeordnet werden.
Ein besonders einfacher Plausibilitätstest kann dadurch zur Verfügung gestellt werden, dass über die Auswertemittel ein Plausibilitätstest durchführbar, bei welchem zumindest die jeweilige Position mit in den Wertetabellen abgelegten Positionen verglichen wird. Die ermittelte Abweichung kann dann als Maß für das Vorliegen einer Störung verwendet werden.
Weist der optische Sensor mindestens einen digitalen Ausgang auf, besteht die Möglichkeit auf einfache Art und Weise ein Signal an eine externe Steuereinheit auszugeben, welches beispielsweise das Ergebnis des Plausibilitätstest an eine Steuerung übermittelt. Es können aber auch weitere Zustandsinformationen übermittelt werden.
Vorzugsweise sind Referenzmarkierungen vorgesehen sind, welche eine signifikante Änderung der mit dem Sensor gemessenen Lichtmenge oder Lichtintensität bewirken und durch die Auswertemittel über die Lichtmengen- bzw. Lichtintensitätsänderung die Referenzmarkierungen erkennbar sind. Wie bereits zuvor ausgeführt, können die einfallende Lichtmenge signifikant ändernde Referenzmarkierungen über die Messung der eingefallenen Lichtmenge besonders schnell und einfach erkannt werden. Eine entsprechende Vorrichtung benötigt insofern auch keine komplexen Auswertemittel und kann dennoch die Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung durch Nutzung der Referenzmarkierungen in ihrer Genauigkeit steigern.
Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch weiterverbessert werden, dass codierte, insbesondere eindeutig codierte Referenzmarkierungen vorgesehen sind. Hierdurch wird ermöglicht, den insbesondere eindeutig codierten Referenzmarkierungen vorzugsweise absolute Positionen zuzuordnen, sodass diese für eine Referenzierung oder bei größeren Abweichungen auch für das Einleiten eines Plausibilitätstests genutzt werden können.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren zur Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung sowie die entsprechende Vorrichtung weiterzubilden und auszugestalten. Hierzu wird einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 17 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen, andererseits auf die Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht,
Fig. 2a) bis 2c) drei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Referenzmarkierungen in einer Draufsicht und
Fig. 3 eine schematische Schaltungsskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur berührungslosen Messung von Längen- und/oder Geschwindigkeiten ist in Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 umfasst einen optischen Sensor 2 und Referenzmarkierungen 3. Der optische Sensor 2 ist beispielsweise in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein das Bildverarbeitungsverfahren verwendender optischer Sensor ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der optische Sensor 2 beispielsweise ein zweidimensionales Array aus lichtempfindlichen Elementen 4 mit einer zugehörigen Abbildungsoptik 5 auf. Anstelle eines Arrays können aber auch zwei in einem Winkel angeordnete, beispielsweise senkrecht zueinander angeordnete Zeilen an lichtempfindlichen Elementen oder andere Detektoren verwendet werden. Darüber hinaus ist auch die Abbildungsoptik 5 lediglich optional. Zusätzlich weist die Vorrichtung in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine optionale Lichtquelle 6 auf, die beispielsweise durch Leuchtdioden gebildet werden kann, so dass das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel Fremdlicht unabhängig ist. Schematisch dargestellt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Auswertemittel 7, welche die von dem Array 4 gelieferten Informationen auswerten. Der optische Sensor 2 wird nun über eine Oberfläche 8 eines Messobjektes bewegt. Während der Bewegung werden durch die Auswertemittel beispielsweise Werte von zwei Zählern generiert bzw. ständig verändert, wobei deren Änderung dem Wegfortschritt des Messobjektes relativ zum Sensor in zwei verschiedenen Raumrichtungen, beispielsweise in orthogonal zueinander stehenden Richtungen entspricht. Denkbar ist auch, dass bei einer Bewegung in nur einer Raumrichtung ein einziger Zähler verwendet wird. Die Zähler können vorzugsweise über die Auswertemittel 7 zur Verfügung gestellt werden. Es ist aber auch denkbar, die Zählerwerte über eine Datenausgabe auszugeben und extern zu verarbeiten.
Bei Erreichen der Referenzmarkierung 3 ändert sich die vom optischen Sensor gemessene Lichtmenge oder Lichtintensität signifikant, da die Referenzmarkierungen 3 das von der Lichtquelle 6 eingestrahlte Licht beispielsweise stärker reflektieren als die übrigen Bereiche der Oberfläche 8, sodass über die Auswertemittel 7 die Referenzmarkierung 3 leicht erkannt werden können. Beispielsweise kann das Erreichen der Referenzmarkierung 3 an eine Steuerung 12 ausgegeben bzw. einer Steuerung über einen digitalen Ausgang angezeigt werden. Besonders vorteilhaft wirkt sich die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel angeordnete Lichtquelle 6 aus, welche unmittelbar dafür sorgt, dass auch bei geringem Fremdlicht eine Referenzmarkierung 3 zu einer signifikanten Steigerung der gemessenen Lichtmenge oder Lichtintensität im optischen Sensor 2 führt.
Beim Erreichen der Referenzmarkierungen 3 können zudem die Zählerwerte, welche dem Wegfortschritt der erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder deren Position entspricht, in einer Wertetabelle abgelegt werden. Die Wertetabelle kann beispielsweise in einem Speicherbaustein der Auswertemittel 7 aber auch räumlich außerhalb der Auswertemittel, beispielsweise in einer externen Auswerteinstanz 11 bereitgestellt werden. Hierdurch wird prinzipiell das Einlernen der Positionen, vorzugsweise absoluten Positionen, der Referenzmarkierungen möglich.
Erreicht der optische Sensor eine Referenzmarkierung 3 kann über die Auswertemittel 7 ein Plausibilitätstest durchgeführt werden, bei welchem beispielsweise die durch die Zählerwerte gegebene, gemessene Position des Sensors mit der tatsächlichen Position des Sensors verglichen werden, die durch die Lage der Referenzmarke und den entsprechenden in der Wertetabelle hinterlegten Wert gegeben ist. Abhängig von dem Ergebnis des Plausibilitätstest wird die optisch/akustische Signalanzeige 14 angesteuert und ein optisches und/oder akustisches Signal, beispielsweise im Falle einer Störung wird erzeugt .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erreicht über das Überprüfen des eigenen Zustands mittels des Plausibilitätstest einen besonders hohen Grad an Sicherheit im Betrieb, so dass die Vorrichtung auch in Sicherheit relevanten Applikationen eingesetzt werden kann .
Unterschiedliche beispielhafte Ausprägungen der Referenzmarkierungen 3 zeigt nun Fig. 2a) bis 2c) in einer Draufsicht. Die Referenzmarkierungen 3 weisen Bereiche 9 auf, welche besonders gute Reflektionseigenschaften für Licht besitzen. Diese können beispielsweise als spiegelnde oder als Reflektorflächen ausgebildet sein. Die Bereiche 9 können beispielsweise durch eine aufgeraute Metallfläche aber auch durch verspiegelte Flächenbereiche gebildet werden. Die Bereiche 9 der Referenzmarkierung 3 gewährleisten, dass der optische Sensor 2 beim Erreichen einer Referenzmarkierung eine deutlich höhere Lichtintensität bzw. Lichtmenge misst, sodass die Referenzmarkierung 3 schnell erkannt werden kann.
Die Referenzmarkierungen können wie in Fig. 2a) und Fig. 2b) dargestellt, charakteristische Muster aufweisen, durch welche diese codiert sind. Es ist aber auch möglich, wie Fig. 2c) zeigt, die Referenzmarkierung 3 durch einen einzigen sehr gute Reflektionseigenschaften aufweisenden Bereich 9 auszubilden. Umgekehrt ist es auch denkbar, dass eine entsprechende Markierung gerade das Gegenteil bewirkt, nämlich eine deutliche Verringerung der gemessenen Lichtintensität, beispielsweise durch stark Licht absorbierende Flächen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Referenzmarkierungen 3 Bereiche 10 mit sehr hohem Absorptionsvermögen, beispielsweise matt-schwarze Bereiche aufweisen. Wie bereits ausgeführt, können die stark Licht absorbierenden Bereiche auch durch beispielsweise Vertiefungen oder Löcher, Spalte im Boden realisiert werden.
Eine schematische Schaltungsskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung zeigt Fig. 3. Die vom optischen Sensor 2 generierten Messsignale werden an die Auswertemittel 7 weitergeleitet, welche entsprechende Zählerwerte erzeugen, um den Wegfortschritt und/oder die Position der Vorrichtung zu bestimmen. Bei einem das Bildverarbeitungsverfahren verwendenden optischen Sensor wird dies beispielsweise durch Korrelation mindestens zweier zeitlich nacheinander folgender Bilder erreicht.
Wird eine Referenzmarkierung 3 erreicht, ändert sich die gemessene Lichtmenge und/oder -intensität erfindungsgemäß deutlich. Vorzugsweise führen die Auswertemittel 7 dann einen Plausibilitätstest durch. Bei diesem Test werden beispielsweise die der aktuellen gemessenen Position entsprechenden Zählerwerte, welche beispielsweise einer Position der Vorrichtung in einem kartesischen Koordinatensystem entsprechen, mit in einer Wertetabelle abgelegten tatsächlichen Positionen für die Referenzmarkierungen verglichen. Entsprechen die Zählerwerte bei Erreichen einer Referenzmarkierung 3 nicht den in der Wertetabelle abgelegten oder abgespeicherten Werten kann ein Signal über den digitalen Ausgang 13 an eine externe Steuerung 12 sowie an eine optische und/oder akustische Signalanzeige 14 gesetzt werden. Die Steuereinheit 12 kann beispielsweise eine Steuereinheit eines führerlosen Fahrzeuges sein. Sinnvoll kann auch sein, bei bekannter Geschwindigkeit Plausibilitätstests zeitlich periodisch oder nach einem bestimmten Wegfortschritt durchzuführen, um die Genauigkeit einer Längenmessung zu erhöhen.
Ferner ist es möglich, eine übergeordnete Auswerteinstanz 11 vorzusehen, an welche die an die Auswertemittel 7 weitergeleiteten Bilder des optischen Sensors 2 gesandt werden können. Hierdurch kann beispielsweise eine unabhängige Mustererkennung erfolgen, um codierte Referenzmarkierungen 3 eindeutig zu erkennen. Sind die Referenzmarkierungen 3 codiert und Positionen d.h. Zählerwerten einer Wertetabelle zugeordnet, ist ein einfacher Vergleich zwischen den aktuellen Zählerwerten und der tatsächlichen Position der jeweiligen Referenzmarkierung 3 möglich. Auf diese Weise wird es möglich, die tatsächliche Position der Vorrichtung sehr genau zu bestimmen und beispielsweise eine Korrektur der Zählerwerte durchzuführen.
Zusätzlich kann die übergeordnete Auswerteinstanz 11 ebenfalls die Steuereinheit 12 mit Daten über das Erreichen einer Referenzmarkierung bzw. das Erreichen einer codierten Referenzmarkierung versorgen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung, insbesondere für Positionieraufgaben, bei welchem ein optischer Sensor berührungslos eine Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung an einem Messobjekt durchführt, wobei der optische Sensor die Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung über ein Bildverarbeitungsverfahren, über ein
Ortsfrequenzfilterverfahren oder durch ein Laser- Doppler-Verfahren durchführt und vom optischen Sensor Referenzmarkierungen erkannt werden,
Auswertemittel eine Referenzmarkierungserkennung durchführen und ein Plausibilitätstest durchgeführt wird, bei welchem abhängig von dem Ergebnis des Plausibilitätstests ein Signal generiert wird d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s mit den Auswertemitteln Werte für mindestens einen Zähler generiert werden, welche dem Wegfortschritt und/oder der Position des Sensors relativ zum Messobjekt entsprechen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s eine optische und/oder akustische Signalanzeige erfolgt .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s ein das Bildverarbeitungsverfahren verwendender optischer Sensor aus der Korrelation von mindestens zwei zeitlich aufeinanderfolgender Bilder die Werte für den mindestens einen Zähler ermittelt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s in einer Wertetabelle die Positionen der Referenzmarkierungen abgelegt werden und die Wertetabelle zur Durchführung des Plausibilitätstests verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s während des Plausibilitätstests zumindest die aktuelle, gemessene Position des optischen Sensors relativ zum Messobjekt mit Positionen in der Wertetabelle verglichen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Plausibilitätstest zeitlich periodisch, nach einem bestimmten Wegfortschritt des Sensors periodisch und/oder bei Erkennung einer Referenzmarke durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s als Maß für das Vorliegen einer Störung die Abweichung der Zählerwerte von der tatsächlichen Position des optischen Sensors verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Höhe der Abweichung zur Erkennung einer Störung variabel einstellbar ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Referenzmarkierungen in einem "Teach-In"-Verfahren Zählerwerten und/oder Positionen zugeordnet werden, welche in einer Wertetabelle abgelegt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s über digitale Ausgänge das Ergebnis des Plausibilitätstests übermittelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Referenzmarkierungen linear und/oder in einem zweidimensionalen Punktraster angeordnet sind und/oder als Linienraster ausgebildet sind.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Referenzmarkierungen zusätzlich codiert, insbesondere eindeutig codiert sind.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die durch einen optischen Sensor ermittelten Bilder einer Referenzmarkierung an zusätzliche interne und/oder externe Auswertemittel zur Referenzmarkierungserkennung übermittelt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Referenzmarkierungen eine signifikante Änderung der vom optischen Sensor gemessenen Lichtmenge und/oder Lichtintensität bewirken und über die Lichtmengen- oder -intensitätsänderung als Referenzmarkierungen vom optischen Sensor erkannt werden .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Referenzmarkierungen Licht reflektierende, insbesondere spiegelnde Flächenbereiche und/oder Licht stark absorbierende und/oder transmittierende Flächenbereiche aufweisen.
16. Vorrichtung (1) zur berührungslosen Messung von Längen- und/oder Geschwindigkeiten eines Messobjektes, insbesondere zur Durchführung von Positionieraufgaben umfassend mindestens einen optischen Sensor (2), wobei der optische Sensor (2) eine berührungslose Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung durchführt, mit dem optischen Sensor (2) ein Bildverarbeitungsverfahren, ein Ortsfrequenzfilterverfahren oder eines Laser- Doppler-Verfahren zur Längen- und/oder Geschwindigkeitsmessung durchführbar ist und Auswertemittel (7) vorgesehen sind, mit welchen Referenzmarkierungen (3) erkennbar sind, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei mit den Auswertemittel (7) ein Plausibilitätstest durchführbar ist und abhängig vom Ergebnis des Plausibilitätstest ein Signal erzeugbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s Auswertemittel (7) vorgesehen sind, welche mindestens einen Zähler bereitstellen, dessen Werte dem Wegfortschritt und/oder der Position des Sensors relativ zum Messobjekt entsprechen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s eine optische und/oder akustische Störungsanzeige vorgesehen ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s über die Auswertemittel (7) aus den Zählerwerten Positionen von Referenzmarkierungen ermittelbar und in einer Wertetabelle ablegbar sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s über die Auswertemittel (7) ein Plausibilitätstest durchführbar ist, bei welchem zumindest die jeweilige Position mit in den Wertetabellen abgelegten Positionen verglichen wird.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s mindestens ein digitaler Ausgang vorgesehen ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s Referenzmarkierungen (3) vorgesehen sind, welche eine signifikante Änderung der mit dem optischen Sensor (2) gemessenen Lichtmenge oder Lichtintensität bewirken und durch die Auswertemittel (7) über die Lichtmengenoder Lichtintensitätsänderung die Referenzmarkierungen (3) erkennbar sind.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s codierte, insbesondere eindeutig codierte Referenzmarkierungen (3) vorgesehen sind.
PCT/EP2008/057708 2007-06-22 2008-06-18 Optischer sensor für positionieraufgaben WO2009000727A1 (de)

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CN2008800213265A CN101730849B (zh) 2007-06-22 2008-06-18 用于定位的光学传感器
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DE102007029299A DE102007029299B4 (de) 2007-06-22 2007-06-22 Optischer Sensor für Positionieraufgaben
DE102007029299.8 2007-06-22

Publications (1)

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WO2009000727A1 true WO2009000727A1 (de) 2008-12-31

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