AT512732B1 - System und verfahren zur erfassung und/oder erkennung von objekten bei robotergestützten produktions- und fertigungsprozessen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Erfassung und Erkennung von Objekten bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen, umfassend wenigstens einen Radarsensor (4, 4b) sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung (2), welche mit dem jeweiligen Radarsensor (4, 4b) zusammenwirkt und mit welchen wenigstens ein Objekt (12), dessen geometrische Gestalt sowie räumliche Orientierung und dessen jeweilige Position sowie Lage erfassbar und erkennbar ist, und wenigstens ein Radarsensor (4,4b) als FMCW-Radar, Modulated CW-Radar oder als FM-Radar ausgebildet ist und erhaltene Daten oder Signale für wenigstens ein Objekt (12), insbesondere ein mittels eines Förder- oder Transportbandes bewegtes Objekt (12), in für eine Steuer- /Regeleinrichtung (10) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (6) verwertbare Informationen umwandelbar sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Erfassung und Erkennung von Objekten bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen, mittels wenigstens eines Radarsensors (4, 4b), welcher wenigstens ein Objekt (12), dessen geometrische Gestalt sowie räumliche Orientierung und dessen jeweilige Position sowie Lage erfasst und erkennt wobei wenigstens ein Radarsensor (4,4b) in der Art eines FMGW- Radars, eines Modulated GW-Radars oder eines FM-Radars verwendet wird , wobei die verschiedenen Radartypen auch kombiniert einsetzbar sind und erhaltene Daten oder Signale für wenigstens ein Objekt (12), insbesondere ein mittels eines Förder- oder Transportbandes bewegtes Objekt (12), in für eine Steuer/Regeleinrichtung (10) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (6) verwertbare Informationen umgewandelt werden.

Description

österreichisches Patentamt AT512 732 B1 2014-02-15

SYSTEM UND VERFAHREN ZUR ERFASSUNG UND/ODER ERKENNUNG VON OBJEKTEN BEI ROBOTERGESTÜTZTEN PRODUKTIONS- UND FERTIGUNGSPROZESSEN

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur Erfassung und/oder Erkennung von Objekten bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen, wobei insbesondere die geometrische Gestalt und/oder die räumliche Orientierung und/oder die Lage des jeweiligen Objektes, insbesondere eines mittels eines Förder- oder Transportbandes bewegten Objektes, relativ zu wenigstens einer Handhabungsvorrichtung und/oder einem Referenzpunkt, auch unabhängig von den jeweils vorherrschenden Lichtverhältnissen, bestimmbar ist.

[0002] Als Roboter wird dabei ein nahezu frei programmierbares, rechnergesteuertes Handhabungsgerät oder eine Handhabungsvorrichtung für das Bewegen von Material, Werkstücken, Werkzeugen oder Spezialgeräten verstanden. Roboter sind stationäre oder mobile Maschinen oder Geräte, die nach vorbestimmbaren Anweisungen, insbesondere einem Programm, festgelegte Aufgaben verrichten und/oder erfüllen. Roboter, Handhabungsvorrichtung oder -gerät werden nachfolgend auch synonym gebraucht. Als Industrieroboter werden industriell eingesetzte Roboter mit mehreren Achsen, insbesondere sechs Achsen, verstanden, welche in verschiedensten Produktions- und/oder Fertigungsprozessen, wie beispielsweise in der Automobilindustrie beim Lackieren, Schweißen, oder Polieren oder Schleifen und dergleichen einsetzbar sind.

[0003] Der Einsatz von Robotern im Automatisierungsbereich, beispielsweise in der Lackier-und/oder Schweißtechnik, oder von robotergestützter Automation zählt zu den am weitest verbreiteten Anwendungen bei modernen Robotersystemen. Auch zur Bewältigung immer komplexerer Automatisierungsaufgaben im Fertigungsbereich werden zunehmend Roboter eingesetzt, mit deren Hilfe im Zusammenwirken mit möglichst universellen Fertigungseinrichtungen zahlreiche auch unterschiedliche Produktvariationen herstellbar sind, wobei die eingesetzten Roboter und/oder Fertigungseinrichtungen in aller Regel über eine Vielzahl von Sensoren intelligent mit ihrer Umwelt kommunizieren und interagieren können.

[0004] So umfasst die Bewältigung komplexerer Automatisierungsaufgaben im Fertigungsbereich auch oftmals das Erfassen und/oder Differenzieren von Mustern sowie das Erkennen des jeweilig zu bearbeitenden Werkstückes und/oder seiner Position und/oder Orientierung beziehungsweise Ausrichtung im Raum. Dabei ist die Position und/oder Ausrichtung des jeweiligen Werkstückes genau zu bestimmen, um die jeweiligen Handhabungsvorrichtungen und Montageeinrichtungen hinreichend exakt nachführen zu können. Der Aufwand für die produktabhängigen Vorrichtungen reduziert sich drastisch und die Flexibilität der Fertigung erhöht sich um ein Vielfaches, wenn die Positionsbestimmung im dreidimensionalen Raum erfolgen kann. Dazu werden herkömmlich sog. „Vision Systeme“ eingesetzt. Diese Systeme nutzen vornehmlich optische Verfahren, insbesondere aus dem Bereich Bild-/Mustererkennung, und werden entsprechend ihrer Ausgestaltung unterteilt in 2-dimensionale- und 3- dimensionale Lage- und/oder Positionserkennungs-Systeme beziehungsweise - Verfahren. Dabei wird das jeweilige Werkstück über eine oder mehrere flexibel oder stationär angeordnete Kameras oder Kamerasysteme, in der Regel unter Verwendung von Licht oder Laserstrahlen, insbesondere im sichtbaren Spektralbereich, erfasst und dessen Position und/oder Orientierung, beispielsweise auch unter Verwendung einer entsprechenden Computerprogrammkomponente, ermittelt beziehungsweise bestimmt.

[0005] Bekannte Systeme verwenden zur Aus- oder Anleuchtung beziehungsweise zum Betrieb der jeweiligen Kamera oder Kamerasysteme Licht im sichtbaren Bereich, insbesondere von ca. 380 bis 780 Nanometer [nm] Wellenlänge bzw. setzen Laser mit vergleichbarem Wellenlängenbereich ein. Für das räumliche Sehen beziehungsweise die räumliche Erfassung sind auch Stereosysteme einsetzbar.

[0006] 3D (3-dimensionale)-Stereosysteme ermöglichen die hochgenaue Bestimmung von 1 /11 österreichisches Patentamt AT512 732 B1 2014-02-15

Lagekoordinaten auch in sechs Freiheitsgraden. Sie werden besonders dann eingesetzt, wenn einfache Erkennungs-/ldentifikations- beziehungsweise Unterscheidungsmerkmale nicht zur Verfügung stehen beziehungsweise nicht vorliegen, große oder mehrere Teile oder Komponenten mit einer sehr hohen Auflösung erfasst und die Qualität und Effizienz von hochautomatisierten Rotober- und Handhabungssystemen durch schnelle und präzise Positionsbestimmungen gesteigert werden sollen beziehungsweise müssen. Dabei ist der jeweilige Arbeitsbereich von Kamera und/oder Handhabungssystem beziehungsweise -Vorrichtung definiert und/oder homogen auszuleuchten, wobei die Schwankungen in der Helligkeit, insbesondere tagesverlaufsbedingte oder wetterbedingte oder jahreszeitbedingte Helligkeitsschwankungen, auf ein Minimum zu reduzieren sind.

[0007] Diesen Vorgaben wird beispielsweise durch umfangreiche Baumaßnahmen wie z. B. das Abdunkeln der jeweiligen Arbeitsbereiche und/oder Räumlichkeiten Rechnung getragen.

[0008] Besonderes Augenmerk verdient auch die jeweilige Umgebung der Anlagen oder Fertigungsstätten, die nicht durch atmosphärische Störungen wie beispielsweise Sprühnebel beeinträchtigt werden darf. Ein derartiger Nebel könnte die Funktionsweise der Lampen beeinträchtigen oder zwischen Kamera und Werkstück eine Lichtstreuung oder Reduzierung der Lichtintensität verursachen. Damit wären solche Systeme beispielsweise in einer Gießerei nicht ersetzbar.

[0009] Auch an das jeweilige Werkstück oder Bauteil selbst werden dabei besondere Anforderung hinsichtlich Beschaffenheit und Material gestellt. So darf das jeweilige Bauteil beispielsweise nicht durchsichtig sein und/oder muss sich farblich vom Hintergrund unterscheiden.

[0010] Aus der US 5 537 119 A ist beispielsweise ein System und Verfahren zur sicheren Nachverfolgung von fliegenden Objekten, wie zum Beispiel Flugzeuge, aber auch Fernlenkgeschosse, Lenkwaffen und Raketen, mittels mehrdimensionaler Relaxation bekannt geworden, bei welchen die Erfassung der sich bewegenden Objekte vornehmlich durch Anwendung einer iterativen Lagrange-Relaxations-Technik erfolgt. Der US 5 537 119 sind dabei jedoch keinerlei Hinweise entnehmbar auf die Erfassung und Erkennung von Objekten bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen und die zu verwendenden Sensorarten schließen ließen.

[0011] Des Weiteren ist aus der EP 1 239 299 A2 zwar eine Verwendung von Radarsensoren in der Fahrzeugtechnik bekannt geworden, welche unter Ausnutzung des Dopplereffektes in der Lage sind die relative Geschwindigkeit und den Abstand zweier Objekte zueinander zu bestimmen, jedoch sind dieser keinerlei Hinweise hinsichtlich einer Verwendung von Radarsensoren für die robotergestützte Automation bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen entnehmbar.

[0012] Aufgabe der Erfindung ist es eine Möglichkeit für eine effiziente Erfassung und/oder Erkennung eines Objektes, insbesondere eines bewegten Objektes anzugeben, welche nichtoptisch und damit unabhängig von den vorherrschenden Lichtverhältnissen ist und auf den Einsatz künstlicher Lichtquellen verzichtet.

[0013] Diese Aufgabe wird durch ein System der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung sowie ein entsprechendes Verfahren zur Erfassung und/oder Erkennung von Objekten für eine Bearbeitung mittels rechnergesteuerter Handhabungsgeräte sind in weiteren Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.

[0014] Demgemäß weist das System zur Erfassung und/oder Erkennung von Objekten bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen, wenigstens einen Radarsensor sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung auf, welche mit dem jeweiligen Radarsensor zusammenwirkt und mit welchen wenigstens ein Objekt, dessen geometrische Gestalt sowie räumliche Orientierung und dessen jeweilige Position sowie Lage erfassbar und erkennbar ist, wobei wenigstens ein Radarsensor (4,4b) als FMCW- Radar, Modulated CW-Radar oder als FM-Radar ausgebildet ist und erhaltene Daten oder Signale für wenigstens ein Objekt, insbesondere ein mittels eines Förder- oder Transportbandes bewegtes Objekt, in für eine Steu- 2/11 österreichisches Patentamt AT512 732B1 2014-02-15 er/Regeleinrichtung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (6) verwertbare Informationen umwandelbar sind.

[0015] Systemgemäß sind dabei insbesondere zwei oder mehr Radarsensoren einsetzbar.

[0016] Vorteilhaft ist vorsehbar, dass Radarsensor und Datenverarbeitungseinrichtung jeweils über eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsverbindung, insbesondere ein LAN, WLAN oder WAN, beispielsweise der Art Ethernet, Bluetooth, oder einen anderen gängigen Bustyp, wie beispielsweise CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, aber auch USB, RS-232, SCSI oder dergleichen Zusammenwirken.

[0017] In vorteilhafter Ausgestaltung umfasst das System wenigstens eine Schnittstelle, über welche die umgewandelten Informationen der Steuer-/Regeleinrichtung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung, insbesondere einem oder mehreren sechsachsigen Industrierobotern, zuleitbar beziehungsweise übermittelbar sind.

[0018] Auch die vorgenannte Schnittstelle kann dabei der Art nach drahtgebunden oder drahtlos beispielsweise als Ethernet-, Bluetooth-, CAN-, CANOPEN-, Profibus-, Modbus-, aber auch USB-, RS-232- oder SCSI-Schnittstelle oder einer Kombination daraus ausgebildet sein.

[0019] Die entsprechenden Radarsensoren umfassen dabei insbesondere sowohl eine Sendeeinrichtung als auch eine Empfangseinrichtung für Radarwellen geeigneter Frequenz. Weiterbildend können Sende- und Empfangseinrichtung auch in einem Gerät integriert sein.

[0020] Systemgemäß sind mittels des jeweiligen Radarsensors elektromagnetische Wellen außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches generierbar, beispielsweise in Form von Mikrowellen im MHz- und GHz-Bereich oder von Schallwellen bei Frequenzen zwischen 20 kHz und 1 GHz, welche gegen Einflüsse in der umgebenden Atmosphäre wie sie in Fertigungs- und Produktionsbetrieben vorkommt unempfindlich sind.

[0021] Die zugehörigen Sendefrequenzen können sich dabei beispielhaft im Bereich von 76-77 GHz, entsprechend einer Wellenlänge von etwa 4 mm oder aber auch im Bereich von ca. 24 GHz bewegen.

[0022] Des Weiteren wird die gestellte Aufgabe durch ein entsprechendes Verfahren zur Erfassung und/oder Erkennung von Objekten für eine Bearbeitung mittels rechnergesteuerter Handhabungsgeräte gelöst, wobei insbesondere mittels eines vorgenannten Systems, wenigstens ein Objekt, dessen geometrische Gestalt sowie räumliche Orientierung und dessen jeweilige Position sowie Lage erfasst und erkennt, und wenigstens ein Radarsensor in der Art eines FMGW- Radars, eines Modulated GW-Radars oder eines FM-Radars verwendet wird, wobei die verschiedenen Radartypen auch kombiniert einsetzbar sind und erhaltene Daten oder Signale für wenigstens ein Objekt, insbesondere ein mittels eines Förder- oder Transportbandes bewegtes Objekt, in für eine Steuer/Regeleinrichtung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung verwertbare Informationen umgewandelt werden.

[0023] Vorteilhaft ist das Verfahren auch bei einem mittels eines Transport- oder Förderbandes bewegten Objektes anwendbar.

[0024] In Weiterbildung des Verfahrens werden die verwertbaren Informationen zur Umsetzung über eine entsprechende Kommunikationsverbindung an die Steuer-/Regeleinrichtung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung, insbesondere ein mehrachsiger Industrieroboter, übermittelt und/oder zur Synchronisation sowie Abstimmung der Bewegungen sowie Positionierung von Handhabungsvorrichtung und Objekt, insbesondere Werkstück, verwendet.

[0025] Vorteilhaft ist vorsehbar dass der jeweilige Radarsensor mit Sende - sowie Empfangseinrichtung, gerichtete elektromagnetische Wellen gebündelt als sogenanntes Primärsignal aussendet und die vom jeweiligen Objekt reflektierten Signale beziehungsweise "Echos" als sogenanntes Sekundärsignal empfängt und im Zusammenwirken mit der Datenverarbeitungseinrichtung nach verschiedenen, vorbestimmbaren Kriterien auswertet und/oder das jeweilige Objekt regelbasiert erkennt beziehungsweise positionsgenau erfasst. 3/11 österreichisches Patentamt AT512 732 B1 2014-02-15 [0026] So können Informationen über die jeweiligen Objekte gewonnen werden, indem beispielsweise bei der jeweiligen Messung auf Laufzeiten sowie Laufzeitunterschiede und/oder auch auf den Doppler - Effekt zurückgegriffen wird.

[0027] Als Doppler - Effekt bezeichnet man die Veränderung der Frequenz der Wellen jeder Art, also auch Radar oder Ultraschallwellen, während sich die Quelle und Messkörper, vorliegend insbesondere das Werkstück, relativ zueinander bewegen, das heißt, beispielsweise die Quelle sich auf den Köper zu oder sich von diesem weg bewegt oder der Körper sich auf die Quelle zu oder von dieser weg bewegt. Durch diese Frequenzänderung können verschiedene Informationen an die Steuer-/Regeleinrichtung der jeweiligen Handhabungsvorrichtung weitergegeben werden.

[0028] Aus der Zeitdifferenz und damit der Laufzeit zwischen Senden der Welle und deren Empfang nach der Reflexion am jeweiligen Objekt oder Messkörper, insbesondere einem zu verarbeitenden Werkstück, kann die Entfernung des jeweils angestrahlten Oberflächenbereiches oder Punktes des jeweiligen Objektes zum Sender erfasst werden.

[0029] Wird das jeweilige, die Radarstahlen zumindest anteilig reflektierende Objekt, bei hinreichend kleinem Abstand zum Sender, insbesondere nur wenige 10 cm bis wenige Meter, entsprechend einem vorbestimmbaren Raster mit entsprechender Auflösung mittels eines gerichteten Radarstrahls abgetastet (kann 1- oder 2- dimensionale Abtastung sein), so lassen sich die reflektierenden Strukturen des Objektes, insbesondere die Oberflächen von metallischen Objekten beziehungsweise Werkstücken, anhand von Abtastrichtung und Laufzeit der empfangenen Echos rekonstruieren.

[0030] Auf diese Weise lässt sich eine 3D-Rekonstruktion des Abtastbereiches sowie des darin zumindest teilweise befindlichen Objektes gewinnen.

[0031] Wirken mehrere, beispielsweise zwei bis vier geeignet positionierte Radarsensoren zusammen, beispielsweise über eine entsprechende Datenverarbeitungseinrichtung mit dafür eingerichtetem Computerprogrammprodukt, so kann auf diese Weise ein nahezu vollständiges 3D-Abbild des jeweiligen Objektes gewonnen und/oder eine Erfassung sowie Bilderkennung des jeweiligen Objektes durchgeführt und damit auch die Ausrichtung beziehungsweise Orientierung des jeweiligen Werkstückes ermittelt werden.

[0032] Entsprechendes ist auch mit lediglich einem beispielsweise von oben auf das jeweilige Objekt, insbesondere ein weiterzuverarbeitendes Werkstück, gerichteten Sensor möglich, wobei auch bei 2-dim Abtastung in x- und y-Richtung dann lediglich eine teilweise 3D-Rekonstruktion des Objektes gewinnbar ist.

[0033] Wird das jeweilige Objekt unter dem Sensor bewegt, so kann dies in Kenntnis der Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit, welche beispielsweise mittels Radarsensor unter Ausnutzung des Dopplereffektes bestimmbar sind, auch bereits mit einer 1- dimensionalen Abtastung erreicht werden.

[0034] Wird in alternativer Verfahrensausführung auf eine Laufzeitauswertung verzichtet, so kann eine Bilderkennung gegebenenfalls auch allein anhand der erfassten reflektierenden Strukturen durchgeführt werden.

[0035] In einer weiteren Verfahrensausführung wird wenigstens ein Radarsensor in der Art eines FMCW- (frequency modulated continous wave) Radars, eines „Modulated CW- Radars“ oder eines FM-Radars verwendet, wobei die verschiedenen Radartypen auch kombiniert ersetzbar sind.

[0036] Diese Radare senden mit einer sich ständig ändernden Frequenz. Dabei können zumindest zwei Betriebsarten unterschieden werden. Die Frequenz steigt entweder linear an, um bei einer bestimmten Frequenz abrupt auf den Anfangswert wieder abzufallen, oder sie steigt und fällt abwechselnd mit konstanter Anderungsgeschwindigkeit.

[0037] Vorteilhaft ist weiterhin vorsehbar, dass verfahrensgemäß wenigstens eine Datenverarbeitungseinrichtung eingesetzt wird, welche einen Decoder beziehungsweise Dekodierer oder 4/11 österreichisches Patentamt AT512 732 B1 2014-02-15

Kodierer zur Signal- beziehungsweise Impuls- oder Signalverarbeitung und/oder Informationsbereitstellung aufweist.

[0038] Mittels des Dekodierers ist demgemäß auch eine Bereitstellung von Daten/Informationen bereifend die Werkzeuggeschwindigkeit und/oder Entfernung beim Produktionsprozess durchführbar.

[0039] Vorteilhaft ist vorsehbar, dass Radarsensor und/oder Datenverarbeitungseinrichtung und/oder Steuer-/Regeleinrichtung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung jeweils über eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsverbindung, insbesondere ein LAN, WLAN oder WAN, beispielsweise der Art Ethernet, Bluetooth, oder einen anderen gängigen Bustyp, wie beispielsweise CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, aber auch USB, RS-232, SCSI oder dergleichen Zusammenwirken.

[0040] In Weiterbildung des Verfahrens werden die verwertbaren Informationen zur Umsetzung über eine entsprechende Kommunikationsverbindung an die Steuer-/Regeleinrichtung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung, insbesondere ein mehrachsiger Industrieroboter, übermittelt und/oder zur Synchronisation sowie Abstimmung der Bewegungen von Handhabungsvorrichtung und Objekt, insbesondere Werkstück, verwendet.

[0041] Die weitere Darlegung der Erfindung erfolgt anhand zweier Figuren sowie der zugehörigen Ausführungsbeispiele.

[0042] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Weiterbildungen der Erfindung sind den beiden Figuren sowie der zugehörigen Beschreibung entnehmbar.

[0043] Es zeigen: [0044] Fig. 1 ein beispielhaft ausgebildetes System zur Erfassung und/oder Erkennung von

Objekten bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen (in Draufsicht), sowie [0045] Fig. 2 ein beispielhaft ausgebildetes System zur Erfassung und/oder Erkennung von

Objekten bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen inkl. Ge-schwindigkeits- und Entfernungsbestimmung.

[0046] In Fig. 1 zeigt ein beispielhaft ausgebildetes System zur Erfassung und/oder Erkennung von Objekten bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen, welches Radarwellen zur Bilderkennung einsetzt. Das beispielhaft gezeigte System umfasst eine Datenverarbeitungseinrichtung 2 sowie zwei Radarsensoren 4, welche vor einer Handhabungsvorrichtung 6, hier ein mehrachsiger Industrieroboter, über einem Transportband 8, insbesondere in Transportrichtung fluchtend und einander beabstandet, angeordnet sind. Die Signale der Radarsensoren 4 werden mit Hilfe eines Encoders, welcher in die Datenverarbeitungseinrichtung 2 integrabel ist, in digitale Signale umgewandelt. Diese Signale werden mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 2 in für die Steuer-/Regeleinrichtung 10 des Roboters verwertbare Informationen und/oder Anweisungen umgewandelt und diese mittels wenigstens einer dafür vorgesehen und eingerichteten Schnittstelle drahtgebunden oder drahtlos an die jeweilige Robotersteuerung übermittelt. Diese Informationen können beispielsweise zur genauen Positionierung des Roboters 6 zum jeweiligen Objekt oder Werkstück herangezogen werden.

[0047] In Figur 2 ist ein System zur Geschwindigkeits- sowie Entfernungsmessung bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen in gegenüber Fig. 1 abgewandelter Ausgestaltung gezeigt, wobei auch hier gemäß Fig. 1 zwei Radarsensoren 4 oberhalb eines Transport- oder Förderbandes 8 in Transportrichtung fluchtend und einander beabstandet angeordnet sind. Zudem ist ein weiterer, dritter Radarsensor 4b am Ende des Transportbades 8 vorgesehen, welcher unter Ausnutzung des Dopplereffektes die Transportgeschwindigkeit eines Objektes beziehungsweise des Bandes ermittelt. Weiterhin ist eine Datenverarbeitungseinrichtung 2 vorgesehen, welche Datenverarbeitungseinrichtung 2 mit dem jeweiligen Radarsensor 4,4b zusammenwirkt und mit welchen, insbesondere, in Kenntnis von Geschwindigkeit und/oder Entfernung wenigstens eines sich mittels eines Transport- 8 oder Förderbandes bewegenden 5/11 österreichisches Patentamt AT 512 732 B1 2014-02-15

Objektes 12 selbiges erfasst und erkannt, insbesondere hinsichtlich Art und Lage, werden kann und/oder die ermittelten Daten in für eine Steuer-/Regeleinrichtung 10 wenigstens einer Handhabungsvorrichtung 6, im hier gezeigten Beispiel ein sechsachsiger Industrieroboter, insbesondere ein Schweiß- und/oder Lackierroboter, verwertbare Informationen umgewandelt und diesem zur Umsetzung beziehungsweise Verwertung über eine geeignete Schnittstelle übermittelt werden.

[0048] Das radarbasierte System sowie auf ihm ausführbare Verfahren ermöglichen vorteilhaft eine Erkennung und/oder Erfassung eines auch sich bewegenden Objektes, gegebenenfalls auch der jeweiligen Geschwindigkeit und/oder der Entfernung des Objektes in Relation zu einem vorbestimmbaren Bezugspunkt, unabhängig von den vorherrschenden Lichverhältnissen und ohne den Aufwand zusätzlicher künstlicher Lichtquellen. 6/11

Claims (20)

1. österreichisches Patentamt AT512 732B1 2014-02-15 Patentansprüche 1. System zur Erfassung und Erkennung von Objekten bei robotergestützten Produktionsund Fertigungsprozessen, umfassend wenigstens einen Radarsensor (4, 4b) sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung (2), welche mit dem jeweiligen Radarsensor (4, 4b) zusammenwirkt und mit welchen wenigstens ein Objekt (12), dessen geometrische Gestalt sowie räumliche Orientierung und dessen jeweilige Position sowie Lage erfassbar und erkennbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Radarsensor (4,4b) als FMCW- Radar, Modulated CW-Radar oder als FM-Radar ausgebildet ist und erhaltene Daten oder Signale für wenigstens ein Objekt (12), insbesondere ein mittels eines Förder- o-der Transportbandes bewegtes Objekt (12), in für eine Steuer/Regeleinrichtung (10) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (6) verwertbare Informationen umwandelbar sind.
2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Radarsensoren (4,4b) eingesetzt sind.
3. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Radarsensor (4, 4b) und die Datenverarbeitungseinrichtung (2) jeweils über eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsverbindung, insbesondere ein LAN, WLAN oder WAN, beispielsweise der Art Ethernet, Bluetooth, oder einen anderen gängigen Bustyp, wie beispielsweise CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, aber auch USB, RS-232, SCSI oder dergleichen Zusammenwirken.
4. 4. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schnittstelle vorgesehen ist, über welche die umgewandelten Informationen der Steuer/Regeleinrichtung (10) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (6), insbesondere einem oder mehreren mehrachsigen Industrierobotern, zuleitbar beziehungsweise übermittelbar sind.
5. 5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle drahtgebunden oder drahtlos ausgebildet ist, insbesondere als Ethernet-, Bluetooth-, CAN-, CANOPEN-, Profibus-, Modbus-, aber auch USB-, RS-232- oder SCSI-Schnittstelle oder einer Kombination daraus.
6. 6. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des jeweiligen Radarsensors (4,4 b) elektromagnetische Wellen außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches generierbar sind, wobei insbesondere Sendefrequenzen im Bereich von 76-77 GHz, entsprechend einer Wellenlänge von etwa 4 mm, oder im Sendefrequenzbereich von etwa 24 GHz generierbar sind.
7. 7. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarsensoren (4,4b) dabei sowohl eine Sendeeinrichtung als auch eine Empfangseinrichtung für Radarwellen geeigneter Frequenz umfassen und/oder Sende- und Empfangseinrichtung in einem Gerät integrierbar sind.
8. 8. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Radarsensor (4,4b) zur Geschwindigkeits- und Entfernungsbestimmung des jeweiligen Objektes (12) eingesetzt und eingerichtet ist.
9. 9. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (2) einen Decoder beziehungsweise Dekodierer oder Kodierer beziehungsweise Encoder zur Signal- beziehungsweise Impuls - oder Signalverarbeitung und/oder Informationsbereitstellung umfasst.
10. 10. Verfahren zur Erfassung und Erkennung von Objekten bei robotergestützten Produktionsund Fertigungsprozessen, mittels wenigstens eines Radarsensors (4, 4b), welcher wenigstens ein Objekt (12), dessen geometrische Gestalt sowie räumliche Orientierung und dessen jeweilige Position sowie Lage erfasst und erkennt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Radarsensor (4,4b) in der Art eines FMGW- Radars, eines Modulated GW-Radars oder eines FM-Radars verwendet wird, wobei die verschiedenen Radartypen auch 7/11 österreichisches Patentamt AT512 732B1 2014-02-15 kombiniert einsetzbar sind und erhaltene Daten oder Signale für wenigstens ein Objekt (12), insbesondere ein mittels eines Förder- oder Transportbandes bewegtes Objekt (12), in für eine Steuer/Regeleinrichtung (10) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (6) verwertbare Informationen umgewandelt werden.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die verwertbaren Informationen zur Umsetzung über eine entsprechende Kommunikationsverbindung an die Steuer/Regeleinrichtung (10) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (6), insbesondere ein mehrachsiger Industrieroboter, übermittelt und/oder zur Synchronisation sowie Abstimmung der Bewegungen sowie Positionierung von Handhabungsvorrichtung (6) und Objekt (12), insbesondere Werkstück, verwendet werden.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem jeweiligen Radarsensor (4,4b) mit Sende - sowie Empfangseinrichtung, gerichtete elektromagnetische Wellen gebündelt als so genanntes Primärsignal ausgesendet und die vom jeweiligen Objekt (12) reflektierten Signale oder Echos als so genanntes Sekundärsignal empfangen werden und/oder im Zusammenwirken mit der Datenverarbeitungseinrichtung (2) nach verschiedenen, vorbestimmbaren Kriterien ausgewertet und das jeweilige Objekt (12) regelbasiert erkannt oder positionsgenau erfasst wird.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der jeweiligen Messung auf Laufzeiten sowie Laufzeitunterschiede und/oder auch auf den Doppler - Effekt zurückgegriffen wird.
14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Radarstrahlen zumindest anteilig reflektierendes Objekt (12) bei hinreichend kleinem Abstand zum Sender, insbesondere nur wenige 10 cm bis wenige Meter, entsprechend einem vorbestimmbaren Raster mit entsprechender Auflösung mittels eines gerichteten Radarstrahls abgetastet wird und/oder die reflektierenden Strukturen des Objektes, insbesondere die Oberflächen von metallischen Objekten beziehungsweise Werkstücken, anhand von Abtastrichtung und Laufzeit der empfangenen Echos rekonstruiert werden.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung mit wenigstens einem von oben auf das jeweilige Objekt (12), insbesondere ein weiterzuverarbeitendes Werkstück, gerichteten Radarsensor (4,4b) durchgeführt, wird, wobei eine 1-dimensionale oder 2-dimensionaie Abtastung durchführbar ist.
16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung und Erfassung und/oder Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsmessung mehrere Radarsensoren (4,4b) eingesetzt werden, wobei ein Sensor dabei sowohl eine Sendeais auch eine Empfangseinrichtung aufweist und die Sendeeinrichtung elektromagnetische Wellen geeigneter Sendefrequenz oder Wellen lange generiert und sendet und die Empfangseinrichtung die an einem oder mehreren Objekten, insbesondere Werkstücken, reflektierten Wellen, empfängt und registriert.
17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Zeitverschiebung zwischen Senden und Empfang beziehungsweise durch die Laufzeitbestimmung der Welle, in Kenntnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit, die Entfernung zum jeweilig reflektierenden Objekt (12) bestimmt wird und/oder unter Ausnutzung des Dopplereffektes und durch Bestimmung einer etwaigen Frequenzverschiebung sich die Geschwindigkeit und Richtung des jeweiligen Objektes (12), insbesondere des jeweiligen Werkstückes, bestimmt wird.
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Datenverarbeitungseinrichtung (2) eingesetzt wird, welche einen Decoder beziehungsweise Dekodierer oder Kodierer zur Signal- beziehungsweise Impuls- oder Signalverarbeitung und/oder Informationsbereitstellung aufweist. 8/11 österreichisches Patentamt AT512 732B1 2014-02-15
19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Dekodierers auch eine Bereitstellung von Dateninformationen betreffend die Werkzeuggeschwindigkeit und/oder Entfernung beim Produktionsprozess durchgeführt wird.
20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Radarsensor (4,4b) und Datenverarbeitungseinrichtung (2) und Steuer/Regeleinrichtung (10) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (6) jeweils über eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsverbindung, insbesondere ein l_AN, WLAN oder WAN, beispielsweise der Art Ethernet, Bluetooth, oder einen anderen gängigen Bustyp, wie beispielsweise CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, aber auch USB, RS-232, SCSI oder dergleichen Zusammenwirken. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 9/11