DE102016220573A1 - Method and device for determining a position and / or orientation of a free-floating element - Google Patents

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Ilya Kamenshchikov
Daniel Seiz
Oezguer Egici
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (101) und ein Verfahren zum Bestimmen einer Position und/oder Orientierung eines über einer Fläche (108) einer statischen Einrichtung (105) frei schwebenden Elements (106) mit einem optischen Bilderfassungssystem (110), wobei das optische Bilderfassungssystem (110) dazu vorgesehen ist, an und/oder in der statischen Einrichtung (105) angeordnet zu werden, und wobei die Vorrichtung (101) dazu eingerichtet ist, unter Verwendung des optischen Bilderfassungssystems (110) von dem Element wenigstens eine Abbildung (170) zu erzeugen, die ein charakteristisches Muster (120), das auf dem Element (106) angebracht ist, und/oder Umrisse des Elements umfasst, und anhand einer Position und/oder Orientierung der wenigstens einen Abbildung (170) innerhalb eines Erfassungsbereichs (150) des optischen Bilderfassungssystems und/oder anhand von Bildinformationen der wenigstens einen Abbildung (170) die Position und/oder Orientierung des Elements (106) relativ zu der statischen Einrichtung (105) zu ermitteln.The invention relates to a device (101) and a method for determining a position and / or orientation of a free-floating element (106) over a surface (108) of a static device (105) with an optical image acquisition system (110), wherein the optical image acquisition system (110) is arranged to be arranged on and / or in the static device (105), and wherein the device (101) is adapted to generate at least one image (170) of the element using the image acquisition optical system (110). having a characteristic pattern (120) mounted on the element (106) and / or outlines of the element, and based on a position and / or orientation of the at least one image (170) within a detection area (150). of the optical image acquisition system and / or based on image information of the at least one image (170), the position and / or orientation of the element (106) relative to de static device (105).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position und/oder einer Orientierung eines über einer Fläche einer statischen Einrichtung frei schwebenden Elements sowie eine Anordnung mit einer solchen Vorrichtung, einer statischen Einrichtung und einem Element.The present invention relates to a method and an apparatus for determining a position and / or an orientation of a free-floating element over a surface of a static device and an arrangement comprising such a device, a static device and an element.

Stand der TechnikState of the art

Zur Verwendung in verschiedenen Gebieten, beispielsweise in der Automatisierungstechnik, gibt es Einrichtungen, mittels welcher Werkstückträger oder andere Elemente frei schwebend gehalten werden können. Bei einer solchen Einrichtung wird auch von einer sog. Levitationsvorrichtung gesprochen, wobei das schwebende Element auch als Mover bezeichnet wird. Hierzu können beispielsweise in einem statischen Teil der Einrichtung entsprechende Magnetfelder erzeugt und in dem Werkstück bzw. Element entsprechende ferromagnetische oder diamagnetische Stoffe vorgesehen werden.For use in various fields, for example in automation technology, there are devices by means of which workpiece carriers or other elements can be kept free floating. In such a device is also spoken of a so-called. Levitation device, wherein the floating element is also referred to as a mover. For this purpose, for example, corresponding magnetic fields can be generated in a static part of the device and corresponding ferromagnetic or diamagnetic substances can be provided in the workpiece or element.

Bei solchen Levitationsvorrichtungen ist es in aller Regel sehr wichtig, die genaue Position bzw. Orientierung des beweglichen Elements zu kennen, um ggf. das Magnetfeld anzupassen und so das Element schwebend zu halten, insbesondere auch an einer bestimmten Position. Daneben ist die genaue Kenntnis der Position bzw. Orientierung aber auch wichtig im Rahmen eines Produktionsprozesses oder dergleichen, bei dem die Levitationsvorrichtung verwendet wird, um beispielsweise mittels des Werkstückträgers ein Werkstück in eine bestimmte Position zu bringen.In such levitation devices, it is usually very important to know the exact position or orientation of the movable element, if necessary to adjust the magnetic field and so to keep the element floating, especially at a certain position. In addition, the exact knowledge of the position or orientation is also important in the context of a production process or the like, in which the levitation device is used, for example, to bring a workpiece into a specific position by means of the workpiece carrier.

Aus der US 5 925 956 A ist beispielsweise eine Levitationsvorrichtung bekannt, bei welcher eine Position des Movers mittels mehrerer Laserinterferometer bestimmt wird. Aus der EP 1 015 851 B2 ist beispielsweise ein lineares Beförderungssystem bekannt, bei dem mehrere Mover unabhängig voneinander bewegt werden. Eine lineare Position eines Movers wird dabei anhand eines linearen Codes an dem Mover ermittelt.From the US 5,925,956 A For example, a levitation device is known in which a position of the mover is determined by means of a plurality of laser interferometers. From the EP 1 015 851 B2 For example, a linear conveyor system is known in which multiple movers are moved independently of each other. A linear position of a mover is determined using a linear code on the mover.

Aus der WO 2015/017933 A1 ist eine Möglichkeit zum Ermitteln einer 2D-Position eines Movers mittels Spulen im Stator bekannt, die eine Veränderung eines Magnetfelds, das von Magneten im Mover erzeugt wird, erkennen können. Aus der EP 2 702 672 B1 ist eine Vorrichtung zum Bestimmten einer Position und/oder Orientierung eines Movers mittels einer Kombination aus kapazitiven und optischen Sensoren bekannt.From the WO 2015/017933 A1 For example, one way to determine a 2D position of a mover by means of coils in the stator is known, which can detect a change in a magnetic field generated by magnets in the mover. From the EP 2 702 672 B1 For example, a device for determining a position and / or orientation of a mover by means of a combination of capacitive and optical sensors is known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position und/oder einer Orientierung eines frei schwebenden Elements sowie eine entsprechende Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, methods and an apparatus for determining a position and / or an orientation of a freely levitated element as well as a corresponding arrangement with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Die Erfindung dient dem Bestimmen einer Position und/oder Orientierung eines über einer Fläche einer statischen Einrichtung frei schwebenden Elements mit einem optischen Bilderfassungssystem. Insbesondere kann sich das Element dabei in drei translatorischen und drei rotatorischen Dimensionen frei bewegen. Als statische Einrichtung kommt hier beispielsweise eine eingangs erwähnte Levitationsvorrichtung in Betracht. Die genaue Funktionsweise einer solchen Einrichtung bzw. die Art und Weise, wie das Element zum freien Schweben gebracht wird, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch nicht von Bedeutung.The invention is for determining a position and / or orientation of a free-floating element over a surface of a static device with an optical image capture system. In particular, the element can move freely in three translational and three rotational dimensions. As a static device comes here, for example, a levitation device mentioned above into consideration. However, the exact functioning of such a device or the manner in which the element is brought to free floating is not significant in the context of the present invention.

Es wird hierzu ein optisches Bilderfassungssystems verwendet, das dazu vorgesehen ist, an und/oder in der statischen Einrichtung angeordnet zu werden. Als optisches Bilderfassungssystem kommen insbesondere verschiedene Arten von Kameras oder Laserabtasteinrichtungen in Frage, worauf später im Rahmen möglicher Ausführungsformen noch näher eingegangen werden soll. Unter Verwendung dieses optischen Bilderfassungssystems wird nun von dem Element wenigstens eine Abbildung erzeugt, die ein charakteristisches Muster, das auf dem Element angebracht ist, und/oder Umrisse des Elements umfasst. Während das charakteristische Muster, das auf dem Element angebracht sein kann, ein auf das Element aufgemaltes, aufgedrucktes oder beispielsweise mittels eines Etiketts oder dergleichen aufgeklebtes Muster sein kann, können die Umrisse einfach durch die Kanten bzw. Ränder des Elements gebildet werden.For this purpose, an optical image acquisition system is used, which is intended to be arranged on and / or in the static device. In particular, various types of cameras or laser scanning devices come into question as an optical image acquisition system, which will be discussed in more detail later in the context of possible embodiments. Using this optical imaging system, the element will now produce at least one image that includes a characteristic pattern attached to the element and / or outlines of the element. While the characteristic pattern that may be applied to the element may be a pattern painted, printed, or glued by, for example, a label or the like, the outlines may simply be formed by the edges of the element.

Anhand einer Position und/oder Orientierung der wenigstens einen Abbildung des Elements innerhalb eines Erfassungsbereichs des optischen Bilderfassungssystems und/oder anhand von Bildinformationen der wenigstens einen Abbildung kann nun die Position und/oder Orientierung des Elements relativ zu der statischen Einrichtung ermittelt werden. Als Bildinformationen kommen insbesondere Schärfeninformationen und/oder Abmessungen bzw. Größeninformationen der Abbildung des Elements in Betracht, wie später noch näher erläutert werden soll. Diese Ermittlung bzw. Berechnung kann beispielsweise in einer geeigneten Recheneinheit, die Teil einer Vorrichtung zum Bestimmen der Position und/oder Orientierung sein kann, erfolgen.Based on a position and / or orientation of the at least one image of the element within a detection range of the optical image acquisition system and / or based on image information of the at least one image, the position and / or orientation of the element relative to the static device can now be determined. In particular sharpening information and / or dimensions or size information of the image of the element come into consideration as image information, as will be explained in more detail later. This determination or calculation can take place, for example, in a suitable arithmetic unit, which may be part of a device for determining the position and / or orientation.

Die Erfindung macht sich hierbei zunutze, dass durch verhältnismäßig einfache optische Abbildungen sowohl die Position, d.h. eine Position in einer x-, y- und/oder z-Richtung (entsprechend einem kartesischen Koordinatensystem) als auch eine Drehung um die x-, y- und/oder z-Achse Richtung (entsprechend einem kartesischen Koordinatensystem) (also Roll-, Nick- und Gierwinkel) ermittelt werden kann. Für eine genauere Erläuterung, wie anhand der wenigstens einen Abbildung, d.h. der Position und/oder Orientierung der Abbildung selbst bzw. der in der wenigstens einen Abbildung enthaltenen Bildinformationen, die Position bzw. Orientierung des Elements ermittelt werden kann, sei auf die nachfolgenden Erläuterungen verwiesen. The invention makes use of the fact that by relatively simple optical images both the position, ie a position in an x-, y- and / or z-direction (corresponding to a Cartesian coordinate system) and a rotation about the x-, y- and / or z-axis direction (corresponding to a Cartesian coordinate system) (ie roll, pitch and yaw) can be determined. For a more detailed explanation of how the position or orientation of the element can be determined on the basis of the at least one image, ie the position and / or orientation of the image itself or the image information contained in the at least one image, reference should be made to the following explanations ,

Sowohl die Verwendung eines optischen Musters auf dem Element als auch die Verwendung der erfassten Umrisse des Elements zur Bestimmung der Position bzw. Orientierung bieten den Vorteil, dass das Gewicht des Elements kaum bis gar nicht verändert wird und so eine Nutzlast, wenn das Element beispielsweise als Werkstückträger verwendet wird, nicht oder zumindest nicht spürbar eingeschränkt wird. Da das Element bei der Bestimmung der Position bzw. Orientierung rein passiv ist, ist auch keine Strom- bzw. Energieversorgung im Element für etwaige Sensoren oder dergleichen nötig. Da optische Bilderfassungssysteme wie Kameras oder Laserabtastungseinrichtungen große Erfassungsbereiche aufweisen, ist zudem nur eine geringe Anzahl an Kameras bzw. Laserabtastungseinrichtungen nötig, was beispielsweise den Herstellungs- und Wartungsaufwand reduziert, insbesondere beispielsweise gegenüber Systemen mit einer sehr großen Anzahl an einzelnen Sensoren. Im Vergleich zu kapazitiven Systemen zur Bestimmung der Position bzw. Orientierung sind optische Systeme, insbesondere solche einfache wie Kameras oder Laserabtasteinrichtungen, unempfindlich gegen Einflüsse von Magnetfeldern, die beispielsweise verwendet werden, um das Element zum Schweben zu bringen.Both the use of an optical pattern on the element and the use of the detected contours of the element for determining the position or orientation offer the advantage that the weight of the element is little or not changed and thus a payload, if the element as Workpiece carrier is used, not or at least not noticeably restricted. Since the element in the determination of the position or orientation is purely passive, no power or energy supply in the element for any sensors or the like is necessary. In addition, since optical imaging systems such as cameras or laser scanning devices have large detection ranges, only a small number of cameras or laser scanning devices is required, which reduces, for example, the production and maintenance costs, in particular, for example, compared to systems with a very large number of individual sensors. Compared to capacitive systems for determining the position or orientation, optical systems, in particular such simple ones as cameras or laser scanning devices, are insensitive to influences of magnetic fields, which are used, for example, to levitate the element.

Vorzugsweise weist das optische Bilderfassungssystem ein oder mehrere Kameras oder Laserabtasteinrichtungen auf. Unter Verwendung des optischen Bilderfassungssystems, d.h. der ein oder mehreren Kameras bzw. Laserabtasteinrichtungen, kann dann von dem Element wenigstens eine Abbildung erzeugt werden, die ein charakteristisches Muster, das auf dem Element angebracht ist, aufweist. Die Anzahl der Kameras bzw. Laserabtasteinrichtungen kann dabei je nach der Größe der Fläche, über welcher das Element schwebt, und nach Erfassungsbereich und Auflösung der Kameras bzw. Laserabtasteinrichtungen gewählt werden. Es versteht sich, dass die Anordnung der Kameras bzw. Laserabtasteinrichtungen derart erfolgen sollte, dass sich das charakteristische Muster an dem Element immer im Erfassungsbereich wenigstens einer Kamera bzw. Laserabtasteinrichtung befindet. Je nach Größenverhältnissen kann hier auch eine Kamera bzw. Laserabtasteinrichtung ausreichend sein. Ein optisches Muster an dem Element lässt sich dann sehr einfach durch die Kameras bzw. Laserabtasteinrichtungen erfassen und die erzeugte wenigstens eine Abbildung entsprechend auswerten.Preferably, the image acquisition optical system comprises one or more cameras or laser scanning devices. Using the image acquisition optical system, i. of the one or more cameras or laser scanning devices, at least one image may then be produced by the element which has a characteristic pattern which is applied to the element. The number of cameras or laser scanning devices can be selected depending on the size of the area over which the element floats and on the detection area and resolution of the cameras or laser scanning devices. It is understood that the arrangement of the cameras or laser scanning devices should be such that the characteristic pattern on the element is always in the detection range of at least one camera or laser scanning device. Depending on the size ratios, a camera or laser scanning device may be sufficient here as well. An optical pattern on the element can then be detected very simply by the cameras or laser scanning devices and the generated at least one image can be evaluated accordingly.

Bei der Verwendung von Kameras kommen insbesondere Hochgeschwindigkeitskameras in Frage, so dass die Position bzw. Orientierung möglichst zeitnah und aktuell ermittelt werden können. Für das charakteristische Muster kommen dabei insbesondere solche in Frage, die in der Abbildung gut analysierbar sind. Denkbar ist beispielsweise, dass das Muster in schwarz/weiß gehalten wird, beispielsweise in Form eines QR-Codes oder dergleichen.When using cameras, in particular high-speed cameras come into question, so that the position or orientation can be determined as promptly and up-to-date as possible. For the characteristic pattern, in particular those in question, which are well analyzable in the figure. It is conceivable, for example, that the pattern is kept in black and white, for example in the form of a QR code or the like.

Bei der Verwendung von Laserabtasteinrichtungen, also beispielsweise Einrichtungen, die einen Laserstrahl entlang einer vorgegebenen Abtastkurve (z.B. kreis- oder spiralförmig) aussenden und einen reflektierten Strahl erfassen können (auch unter dem Begriff Laserscanning bekannt) sollte darauf geachtet werden, dass das charakteristische Muster entsprechend an die Abtastkurve angepasst ist, um beispielsweise jeder Abtastung eine eindeutige Position zuordnen zu können. Bei dem charakteristischen Muster kann zusätzlich berücksichtigt werden, dass solche Farben verwendet werden, die eine möglichst deutliche Abbildung des Musters erlauben, beispielsweise kann hier ebenfalls schwarz/weiß verwendet werden.When using laser scanning devices, that is to say devices which emit a laser beam along a predetermined scanning curve (eg circular or spiral) and can detect a reflected beam (also known by the term laser scanning), care should be taken to match the characteristic pattern accordingly the sampling curve is adapted, for example, to be able to assign a unique position to each sampling. In the case of the characteristic pattern, it is additionally possible to take into account that those colors are used which allow the illustration of the pattern to be as clear as possible, for example black / white can also be used here.

Besonders zweckmäßig ist dabei, wenn das Element mittels der optischen Erfassungseinrichtung unabhängig von der Position des Elements relativ zur Fläche von wenigstens zwei Kameras oder Laserabtasteinrichtungen gleichzeitig erfassbar ist. Dies ermöglicht eine redundante Ermittlung der Position bzw. Orientierung anhand zweier Abbildungen. Somit kann ein genauerer Wert für die Position bzw. Orientierung ermittelt werden.It is particularly expedient if the element can be detected simultaneously by means of the optical detection device, independently of the position of the element relative to the surface of at least two cameras or laser scanning devices. This allows a redundant determination of the position or orientation with reference to two figures. Thus, a more accurate value for the position or orientation can be determined.

Das optische Bilderfassungssystem kann vorteilhafterweise dazu vorgesehen sein, wenigstens teilweise unter und/oder in der Fläche der statischen Einrichtung angeordnet zu werden. Die Kameras bzw. Laserabtasteinrichtungen können hierzu in der statischen Einrichtung versenkt angeordnet werden. Dann kann das charakteristische Muster an der Unterseite, d.h. der der Fläche zugewandten Seite, des Elements angebracht werden. Je nach durchschnittlicher Höhe, in welcher das Element über der Fläche schwebt, kann hier ein entsprechender Winkelbereich pro Kamera bzw. Laserabtasteinrichtung erfasst werden müssen. Jedoch variiert der vertikale Abstand des Elements zu der Kamera bzw. der Laserabtasteinrichtung verhältnismäßig wenig. Dies bedeutet, dass wenig Schärfentiefe nötig ist, wenngleich jedoch eine Laserabtasteinrichtung beispielsweise eine deutlich höhere Schärfentiefe als eine Kamera ermöglicht.The optical image acquisition system can advantageously be provided to be arranged at least partially below and / or in the surface of the static device. The cameras or laser scanning devices can be arranged sunk in the static device for this purpose. Then, the characteristic pattern on the bottom, ie the surface facing side, of the element can be attached. Depending on the average height at which the element floats above the surface, a corresponding angular range per camera or laser scanning device may have to be detected here. However, the vertical distance of the element to the camera or the laser scanner varies relatively little. This means that little depth of field is needed although a laser scanner, for example, allows a much higher depth of field than a camera.

Das optische Bilderfassungssystem kann vorzugsweise auch dazu vorgesehen sein, wenigstens teilweise an die Fläche der statischen Einrichtung angrenzend und sich über die Fläche erhebend angeordnet zu werden. Das optische Bilderfassungssystem kann hierzu beispielsweise in einer Wandung oder in Türmen neben der Fläche angeordnet sein. Dann kann das charakteristische Muster an den Seitenflächen, d.h. der den Wandungen bzw. Türmen zugewandten Seiten, (senkrecht zur Bewegungsrichtung) des Elements angebracht werden. In diesem Fall sollte sichergestellt werden, dass die Anzahl der Seitenflächen an dem Element, die das charakteristische Muster umfasst, und die Anzahl der Wandungen bzw. Türme, an denen das optische Bilderfassungssystem vorgesehen ist, derart aufeinander abgestimmt sind, dass unabhängig von einer Drehung des Elements um die vertikale Achse immer das Muster erfasst werden kann. Ein zu erfassender Winkelbereich pro Kamera bzw. Laserabtasteinrichtung kann hier zumindest in der Richtung senkrecht zu Fläche der statischen Einrichtung gering sein.The optical imaging system may also be preferably provided to be at least partially adjacent to the surface of the static device and to be elevationally disposed over the surface. For this purpose, the optical image acquisition system can be arranged, for example, in a wall or in towers next to the surface. Then, the characteristic pattern on the side surfaces, i. the walls or towers facing sides, (perpendicular to the direction of movement) of the element are attached. In this case, it should be ensured that the number of side surfaces on the element comprising the characteristic pattern and the number of walls or towers on which the image acquisition optical system is provided are coordinated with each other so that regardless of rotation of the Elements around the vertical axis can always capture the pattern. An angular range to be detected per camera or laser scanning device can be low here, at least in the direction perpendicular to the surface of the static device.

Es sei angemerkt, dass es zwar ausreichend ist, wenn das optische Bilderfassungssystem entweder in der Fläche oder seitlich angeordnet wird, jedoch kann durch Verwendung beider Varianten gleichzeitig die Ermittlung der Position bzw. Orientierung genauer erfolgen.It should be noted that although it is sufficient if the image acquisition optical system is arranged either in the surface or laterally, by using both variants, the determination of the position or orientation can be made more accurately at the same time.

Die Position des Elements kann nun vorzugsweise anhand einer Position der wenigstens einen Abbildung innerhalb eines Erfassungsbereichs des optischen Bilderfassungssystems und/oder anhand einer Größe der wenigstens einen Abbildung ermittelt werden. Wenn das optische Bilderfassungssystem in der Fläche der statischen Einrichtung angeordnet ist, kann die Position in den Richtungen parallel zur Fläche, d.h. der x- und y-Richtung, einfach anhand der x- und y-Position der wenigstens einen Abbildung in dem Erfassungsbereich des optischen Systems, ggf. unter Berücksichtigung des Erfassungsbereichs der einzelnen Kamera bzw. Laserabtasteinrichtung relativ zur gesamten statischen Einrichtung ermittelt werden. Die Position in Richtung senkrecht zur Ebene, d.h. die z-Position, kann dann einfach anhand der Größe der wenigstens einen Abbildung ermittelt werden, da die Abbildung des Elements bzw. des charakteristischen Musters umso kleiner wird, je weiter das Element von der optischen Erfassungseinrichtung und damit in z-Richtung entfernt ist.The position of the element can now be determined preferably based on a position of the at least one image within a detection range of the optical image acquisition system and / or on the basis of a size of the at least one image. When the image-sensing optical system is disposed in the surface of the static device, the position in the directions parallel to the surface, i. the x- and y-direction, based on the x and y position of the at least one image in the detection range of the optical system, possibly taking into account the detection range of the individual camera or laser scanning relative to the entire static device determined. The position in the direction perpendicular to the plane, i. The z-position can then be determined simply from the size of the at least one image, since the further the element is from the optical detection device and thus in the z-direction, the smaller the image of the element or the characteristic pattern becomes.

Wenn das optische Bilderfassungssystem in der Wandung der statischen Einrichtung angeordnet ist, kann die Position in einer der Richtungen parallel zur Fläche und der Richtung senkrecht zur Fläche, also der x- oder y-Richtung und der z-Richtung, anhand der Position der wenigstens einen Abbildung innerhalb des Erfassungsbereichs ermittelt werden. Die Position in der anderen Richtung parallel zur Fläche, also der y- oder x-Richtung, kann dann anhand der Größe der wenigstens einen Abbildung ermittelt werden.When the optical imaging system is disposed in the wall of the static device, the position in one of the directions parallel to the surface and the direction perpendicular to the surface, that is, the x or y direction and the z direction, can be determined by the position of the at least one Figure within the coverage area. The position in the other direction parallel to the surface, ie the y or x direction, can then be determined on the basis of the size of the at least one image.

Die Orientierung des Elements kann vorteilhafterweise anhand einer Orientierung des charakteristischen Musters relativ zu dem optischen Bilderfassungssystem und/oder anhand einer Verzerrung des charakteristischen Musters ermittelt werden. Wenn das optische Bilderfassungssystem in der Fläche der statischen Einrichtung angeordnet ist, kann die Orientierung hinsichtlich einer Drehung um die Achse senkrecht zur Fläche, also der z-Achse, sehr einfach durch eine Orientierung des charakteristischen Musters in dem Erfassungsbereich des optischen Bilderfassungssystems ermittelt werden. Eine Drehung des Musters um die z-Achse bedeutet eine entsprechende Drehung des Musters bzw. der Abbildung in dem Erfassungsbereich. Es versteht sich, dass dabei ein geeignetes Musters, d.h. kein rotationsymmetrisches, Muster gewählt werden sollte. Eine Drehung um eine der zur Fläche parallelen Achsen, d.h. der x- oder y-Achse lässt sich anhand einer Verzerrung des charakteristischen Musters ermitteln. Da sich die Abstände der auf beiden Seiten der entsprechenden Achse gelegenen Anteile des Musters zur optischen Erfassungseinrichtung bei einer Drehung um diese Achse unterschiedlich ändern, entsteht eine Verzerrung, d.h. ein Rechteck erscheint beispielsweise als Trapez. Bei entsprechender Auflösung der optischen Erfassungseinrichtung lässt sich auf diese Weise also sehr einfach auch die Orientierung bezüglich der x- und y-Achse ermitteln.The orientation of the element can advantageously be determined based on an orientation of the characteristic pattern relative to the optical image acquisition system and / or on the basis of a distortion of the characteristic pattern. When the image-sensing optical system is disposed in the surface of the static device, the orientation with respect to rotation about the axis perpendicular to the surface, that is, the z-axis, can be easily determined by an orientation of the characteristic pattern in the detection range of the image sensing optical system. A rotation of the pattern about the z-axis means a corresponding rotation of the pattern or the image in the detection area. It is understood that a suitable pattern, ie no rotationally symmetric, pattern should be selected. A rotation about one of the axes parallel to the surface, ie the x- or y-axis can be determined by means of a distortion of the characteristic pattern. Since the distances of the portions of the pattern located on both sides of the corresponding axis to the optical detection device change differently during a rotation about this axis, a distortion arises, ie a rectangle appears for example as a trapeze. With a corresponding resolution of the optical detection device, the orientation with respect to the x and y axes can thus be determined very simply in this way.

Wenn das optische Bilderfassungssystem in der Wandung der statischen Einrichtung angeordnet ist, kann die Orientierung hinsichtlich einer Drehung um die Achse parallel zur Fläche und senkrecht zur entsprechenden Wandungsseite, also beispielsweise der x-Achse, sehr einfach durch eine Orientierung des charakteristischen Musters in dem Erfassungsbereich des optischen Bilderfassungssystems ermittelt werden. Eine Drehung des Musters um die x-Achse bedeutet eine entsprechende Drehung des Musters bzw. der Abbildung in dem Erfassungsbereich. Es versteht sich, dass dabei ein geeignetes Musters, d.h. kein rotationsymmetrisches, Muster gewählt werden sollte. Eine Drehung um die andere Achse parallel zur Fläche und um die Achse senkrecht zur Fläche, also y- und z-Achse, lässt sich anhand einer Verzerrung des charakteristischen Musters ermitteln. Da sich die Abstände der auf beiden Seiten der entsprechenden Achse gelegenen Anteile des Musters zur optischen Erfassungseinrichtung bei einer Drehung um diese Achse unterschiedlich ändern, entsteht eine Verzerrung, d.h. ein Rechteck erscheint beispielsweise als Trapez. Bei entsprechender Auflösung der optischen Erfassungseinrichtung lässt sich auf diese Weise also sehr einfach auch die Orientierung bezüglich der y- und z-Achse ermitteln.When the image acquisition optical system is disposed in the wall of the static device, the orientation with respect to rotation about the axis parallel to the surface and perpendicular to the corresponding wall side, eg, the x-axis, can be easily determined by an orientation of the characteristic pattern in the detection area of the be determined optical imaging system. A rotation of the pattern about the x-axis means a corresponding rotation of the pattern or the image in the detection area. It will be understood that there is a suitable pattern, i. no rotationally symmetric, pattern should be selected. A rotation about the other axis parallel to the surface and about the axis perpendicular to the surface, ie y- and z-axis, can be determined by means of a distortion of the characteristic pattern. Since the distances of the portions of the pattern on either side of the corresponding axis to the optical detection means change differently when rotated about this axis, distortion, i. E. For example, a rectangle appears as a trapezoid. With a corresponding resolution of the optical detection device, the orientation with respect to the y-axis and z-axis can thus be determined very simply in this way.

Eine weitere bevorzugte Möglichkeit für das optische Bilderfassungssystem sind sog. Zeilenkameras. Hierbei handelt es sich um Kameras oder Sensoren, die sich linear in eine Richtung erstrecken und verhältnismäßig schmal sind. Im vorliegenden Fall können diese Zeilenkameras dazu vorgesehen sein, in der Fläche der statischen Einrichtung angeordnet zu werden. Auf diese Weise kann eine Art Gitter aus Kameras gebildet werden, die sich in einer ersten Richtung und einer zweiten, von der ersten verschiedenen, Richtung, insbesondere senkrecht dazu, erstrecken. Dann kann unter Verwendung des optischen Bilderfassungssystems, also der Zeilenkameras, von dem Element wenigstens eine Abbildung erzeugt werden, die Umrisse des Elements umfasst. Dies ist möglich, da das Element auf die Fläche einen Schatten wirft, so dass die Kanten des Elements mittels der Zeilenkameras erfasst werden können. Eine Anbringung eines Musters an dem Element ist hierbei nicht nötig.Another preferred option for the optical image capture system are so-called line scan cameras. These are cameras or sensors that extend linearly in one direction and are relatively narrow. In the present case, these line scan cameras can be designed to be arranged in the surface of the static device. In this way, a kind of grating may be formed of cameras extending in a first direction and a second direction different from the first, in particular perpendicular thereto. Then, using the image acquisition optical system, that is, the line scan cameras, at least one image may be generated from the element that includes outlines of the element. This is possible because the element casts a shadow on the surface so that the edges of the element can be detected by the line scan cameras. An attachment of a pattern on the element is not necessary here.

Zweckmäßig kann es hierbei sein, dass das Element unabhängig von der Position des Elements relativ zur Fläche von wenigstens zwei Zeilenkameras in der ersten Richtung und/oder von wenigstens zwei Zeilenkameras in der zweiten Richtung jeweils gleichzeitig erfassbar ist. Damit lassen sich Position und Orientierung genauer ermitteln, wie noch erläutert werden soll.It may be expedient hereby that the element can be detected simultaneously in each case simultaneously, independently of the position of the element relative to the surface of at least two line scan cameras in the first direction and / or of at least two line scan cameras in the second direction. This position and orientation can be determined more accurately, as will be explained.

Die Position des Elements kann dann vorzugsweise anhand einer Position der wenigstens einen Abbildung innerhalb eines Erfassungsbereichs des optischen Bilderfassungssystems und/oder anhand einer Schärfeninformation der wenigstens einen Abbildung ermittelt werden.The position of the element can then preferably be determined on the basis of a position of the at least one image within a detection area of the optical image acquisition system and / or based on a sharpness information of the at least one image.

Die Position in den Richtungen parallel zur Fläche, d.h. der x- und y-Richtung, kann einfach anhand der x- und y-Position der wenigstens einen Abbildung in dem Erfassungsbereich der Zeilenkameras relativ zur gesamten statischen Einrichtung ermittelt werden. Die Position in der Richtung senkrecht zur Ebene, d.h. die z-Position, kann dann einfach anhand der Schärfeninformation der wenigstens einen Abbildung ermittelt werden, da die Abbildung des Elements umso unschärfer wird, je weiter das Element von der optischen Erfassungseinrichtung und damit in z-Richtung entfernt ist. In diesem Fall kann auch darauf geachtet werden, dass ein minimal möglicher Abstand in z-Richtung noch scharf abgebildet wird, da andernfalls eine Unschärfe auch bei kleiner werdendem Abstand auftreten kann. Es versteht sich, dass entsprechend auch ein maximal möglicher Abstand scharf abgebildet werden kann und dass ein kleiner werdender Abstand anhand der Schärfeninformation ermittelt wird.The position in the directions parallel to the surface, i. x and y direction, can be easily determined from the x and y position of the at least one image in the detection range of the line scan cameras relative to the entire static device. The position in the direction perpendicular to the plane, i. The z-position can then be determined simply from the sharpness information of the at least one image, since the further the element is from the optical detection device and thus in the z-direction, the less blurred the image of the element becomes. In this case, it is also possible to ensure that a minimum possible distance in the z-direction is still sharply displayed, since otherwise a blur may occur even as the distance becomes smaller. It is understood that correspondingly, a maximum possible distance can be sharply displayed and that a decreasing distance is determined on the basis of the sharpness information.

Die Orientierung des Elements kann vorteilhafterweise anhand einer Orientierung der Abbildung relativ zu dem optischen Bilderfassungssystem und/oder anhand von Schärfeninformationen der wenigstens einen Abbildung an verschiedenen Stellen innerhalb der wenigstens einen Abbildung ermittelt werden. Hierzu sollten jeweils zwei Zeilenkameras das Element erfassen. Eine Drehung um die z-Achse lässt sich somit anhand der unterschiedlichen Kantenpositionen auf zwei nebeneinander liegenden Zeilenkameras in x- und/oder y-Richtung ermitteln. Es versteht sich, dass das Element in diesem Fall keinen kreisrunden Umriss haben sollte. Bei genügend hoher Auflösung kann jedoch auch bei nur einer Zeilenkamera eine Drehung der Kante erkannt werden. Eine Drehung um eine der beiden anderen Achsen, also die x- bzw. y-Achse, lässt sich anhand unterschiedlicher Schärfeninformationen in den Stellen, die durch die beiden nebeneinander liegenden Zeilenkameras in der Abbildung erzeugt werden, ermitteln.The orientation of the element can advantageously be determined on the basis of an orientation of the image relative to the optical image acquisition system and / or on the basis of sharpness information of the at least one image at different locations within the at least one image. For this purpose, two line scan cameras should each detect the element. A rotation about the z-axis can thus be determined on the basis of the different edge positions on two adjacent line scan cameras in the x and / or y direction. It is understood that the element in this case should not have a circular outline. With sufficiently high resolution, however, a rotation of the edge can be detected even with only one line scan camera. A rotation about one of the other two axes, ie the x- or y-axis, can be determined by means of different sharpening information in the places that are generated by the two adjacent line scan cameras in the figure.

Es ist von Vorteil, wenn das optische Bilderfassungssystem Beleuchtungsmittel aufweist, die dazu eingerichtet sind, das Element zu beleuchten. Hierzu können beispielsweise geeignete Lampen, insbesondere LEDs, vorgesehen sein. Damit kann auch bei schlechter Umgebungsbeleuchtung eine möglichst gute Abbildung des Elements bzw. des charakteristischen Musters erzeugt werden.It is advantageous if the optical image acquisition system has illumination means which are set up to illuminate the element. For this purpose, for example, suitable lamps, in particular LEDs, can be provided. Thus, the best possible imaging of the element or the characteristic pattern can be generated even in poor ambient lighting.

Es ist auch von Vorteil, wenn das charakteristische Muster optisch aktiv erzeugbar ist, bspw. durch LEDs oder ein Display. Zwar ist hierzu eine Stromversorgung nötig (die sich bei LEDs jedoch in Grenzen hält), jedoch kann damit, insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen, eine bessere Erfassung des Musters durch das optische Bilderfassungssystem erreicht werden.It is also advantageous if the characteristic pattern can be generated optically active, for example by LEDs or a display. Although this requires a power supply (which, however, is limited in the case of LEDs), better detection of the pattern by the optical image acquisition system can be achieved, in particular in poor light conditions.

Vorzugsweise kann auch eine Position und/oder Orientierung wenigstens eines weiteren Elements, das über der Fläche frei schwebt, ermittelt werden. Hierzu kann unter Verwendung des optischen Bilderfassungssystems von dem wenigstens einen weiteren Element wenigstens eine Abbildung erzeugt werden, die ein charakteristisches Muster, das auf dem wenigstens einen weiteren Element angebracht und von demjenigen des (ersten) Elements verschieden ist, und/oder Umrisse des wenigstens einen weiteren Elements, die sich von denjenigen des (ersten) Elements unterscheiden, abbildet. Durch die Verwendung unterschiedlicher Muster bzw. unterschiedlicher Umrisse können also sehr einfach mehrere Elemente hinsichtlich ihrer Position bzw. Orientierung auf die gleiche Weise wie für ein Element beschrieben ermittelt werden.Preferably, a position and / or orientation of at least one further element which floats above the surface can also be determined. For this purpose, at least one image may be generated using the image acquisition optical system of the at least one further element, which has a characteristic pattern attached to the at least one further element and different from that of the (first) element, and / or outlines of the at least one another element that differs from those of the (first) element maps. By using different patterns or different outlines, it is thus very easy to determine a plurality of elements with regard to their position or orientation in the same way as described for an element.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

Figurenlistelist of figures

  • 1a zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung in einer bevorzugten Ausführungsform. 1a schematically shows an inventive arrangement in a preferred embodiment.
  • 1b zeigt eine Abbildung entsprechend der Anordnung gemäß 1a. 1b shows an image according to the arrangement according to 1a ,
  • 2a zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. 2a schematically shows an inventive arrangement in a further preferred embodiment.
  • 2b zeigt eine Abbildung entsprechend der Anordnung gemäß 2a. 2 B shows an image according to the arrangement according to 2a ,
  • 3a zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. 3a schematically shows an inventive arrangement in a further preferred embodiment.
  • 3b zeigt eine Abbildung entsprechend der Anordnung gemäß 3a. 3b shows an image according to the arrangement according to 3a ,

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

In 1a ist eine erfindungsgemäße Anordnung 100 in einer bevorzugten Ausführungsform schematisch dargestellt. Die Anordnung 100 weist einen statischen Teil bzw. eine statische Einrichtung 105 sowie ein bewegliches Element bzw. einen Werkstückträger oder Mover 106 auf. Bei der Anordnung 100 kann es sich beispielsweise um eine sog. Levitationsvorrichtung handeln, bei der das Element 106 durch in der statischen Einrichtung 105 erzeugte Magnetfelder zum Schweben über der Fläche 108 gebracht werden kann.In 1a is an arrangement according to the invention 100 shown schematically in a preferred embodiment. The order 100 has a static part or a static device 105 and a movable element or a workpiece carrier or mover 106 on. In the arrangement 100 it may, for example, be a so-called levitation device in which the element 106 through in the static device 105 generated magnetic fields to hover over the surface 108 can be brought.

In der statischen Einrichtung 105 ist ein optisches Bilderfassungssystem 110 angeordnet, das im gezeigten Beispiel in der Fläche 108 angeordnet bzw. in die Fläche 108 integriert ist. Vorliegend umfasst das optische Bilderfassungssystem 110 mehrere einzelne Kameras 111, die zusammen einen Erfassungsbereich über der Fläche 108 abdecken.In the static device 105 is an optical image capture system 110 arranged, in the example shown in the area 108 arranged or in the area 108 is integrated. In the present case, the optical image acquisition system comprises 110 several individual cameras 111 , which together form a detection area over the area 108 cover.

Weiterhin ist eine Recheneinheit 115 hier in der statischen Einrichtung 105 angeordnet, welche dazu eingerichtet ist, das optische Bilderfassungssystem 110 anzusteuern und die erfassten Bilder auszuwerten. Zusammen bilden das optische Bilderfassungssystem 110 und die Recheneinheit 115 damit eine Vorrichtung 101 zum Bestimmen einer Position und/oder Orientierung des Elements 106, wie nachfolgend erläutert werden soll.Furthermore, a computing unit 115 here in the static facility 105 arranged, which is adapted to the optical imaging system 110 to control and evaluate the captured images. Together form the optical imaging system 110 and the arithmetic unit 115 with it a device 101 for determining a position and / or orientation of the element 106 , as explained below.

An dem Element 106, das über der Fläche 108 schwebt, ist an der Unterseite, d.h. an der der Fläche 108 zugewandten Seite, ein charakteristisches Muster 120 aufgebracht, welches mittels des optischen Erfassungssystems 110 erfasst werden kann.At the element 106 that over the surface 108 Floats is at the bottom, ie at the surface 108 facing side, a characteristic pattern 120 applied, which by means of the optical detection system 110 can be detected.

In 1b ist ein Erfassungsbereich 150 gezeigt, der demjenigen Bereich entspricht, der von den einzelnen Kameras 111, die in z-Richtung, d.h. in Richtung des Elements 106 gerichtet sind, zusammen erfassbar ist. Die Kameras 111 sind dabei über die sich in x- und y-Richtung erstreckende Fläche 108 verteilt, wobei in 1a aufgrund der SchnittDarstellung nur die Kameras entlang der x-Richtung zu sehen sind.In 1b is a coverage area 150 shown, which corresponds to the area of the individual cameras 111 moving in the z-direction, ie in the direction of the element 106 directed, is collectively comprehensible. The cameras 111 are over the area extending in the x and y directions 108 distributed, with in 1a due to the sectional view, only the cameras can be seen along the x-direction.

Weiterhin ist beispielhaft ein einzelner Erfassungsbereich 151 einer einzelnen Kamera gezeigt. Diese einzelnen Erfassungsbereiche können dabei auch überlappen. Besonders zweckmäßig ist es auch, wenn diese einzelnen Erfassungsbereiche soweit überlappen, dass jede Stelle in dem gesamten Erfassungsbereich 150, ggf. abgesehen von den Randbereichen, jeweils gleichzeitig von wenigstens zwei einzelnen Kameras erfasst wird.Furthermore, an example is a single detection area 151 shown by a single camera. These individual detection areas can also overlap. It is also particularly expedient if these individual detection ranges overlap so far that each point in the entire detection range 150 , Apart from the edge regions, if necessary, is detected simultaneously by at least two individual cameras.

In dem Erfassungsbereich ist nun auch eine gezeigt, wie sie von dem optischen Bilderfassungssystem 110 von dem Element 106 erzeugt werden kann. Die kann dabei, wie auch anhand des einzelnen Erfassungsbereichs 151 zu erkennen, aus mehreren Teilabbildungen, die von verschiedenen Kameras stammen, zusammengesetzt sein. Die umfasst dabei das charakteristische Muster 120, das an der Unterseite des Elements aufgebracht ist.In the coverage area is now also a as shown by the optical imaging system 110 from the element 106 can be generated. The can do this, as well as on the basis of the individual coverage 151 to be recognized, composed of several partial images, which come from different cameras. The includes the characteristic pattern 120 which is applied to the underside of the element.

Je nach Verarbeitung der mittels der Kameras aufgenommenen Bilder in der Recheneinheit 115, die hier beispielhaft in der statischen Einrichtung 105 angeordnet ist, können die einzelnen, von den jeweiligen Kameras aufgenommenen Bilder auch als getrennte Abbildungen betrachtet werden, die zusammen das charakteristische Muster 120 umfassen.Depending on the processing of the images recorded by the cameras in the arithmetic unit 115 that exemplifies here in the static device 105 is arranged, the individual images taken by the respective cameras can also be regarded as separate images, which together form the characteristic pattern 120 include.

Anhand der 1b ist nun zu sehen, dass die Position des Elements in x- und y-Richtung anhand der Position der in dem Erfassungsbereich 150 bzw. der Position relativ zu dem optischen Erfassungssystem in x- bzw. y-Richtung ermittelt werden kann. Die Position in z-Richtung hingegen lässt sich anhand der Größe der .h. den Abmessungen in x- und y-Richtung im Verhältnis zum Erfassungsbereich 150 ermitteln. Je weiter das Element in z-Richtung von den Kameras 111 entfernt ist, desto kleiner ist die . Je nach Schärfentiefe der Kameras 111 ist es jedoch auch denkbar, anhand der Schärfe der auf die Position in z-Richtung zu schließen.Based on 1b Now it can be seen that the position of the element in the x- and y-direction is determined by the position of the in the detection area 150 or the position relative to the optical detection system in the x and y direction can be determined. The position in z-direction, however, can be by the size of the .H. the dimensions in the x and y direction in relation to the detection area 150 determine. The farther the element in z-direction from the cameras 111 is removed, the smaller is the , Depending on the depth of field of the cameras 111 However, it is also conceivable, based on the sharpness of to close the position in the z-direction.

Weiterhin ist zu sehen, dass die Orientierung des Elements bezüglich einer Drehung um die z-Achse anhand der Orientierung des charakteristischen Musters 120 relativ zu dem Erfassungsbereich 150 bzw. dem optischen Bilderfassungssystem 110 ermittelt werden kann. Durch eine geeignete Wahl des charakteristischen Musters 120 lässt sich dabei ein absoluter Drehwinkel in Bezug zur z-Achse ermitteln.Furthermore, it can be seen that the orientation of the element with respect to a rotation about the z-axis based on the orientation of the characteristic pattern 120 relative to the detection area 150 or the optical image capture system 110 can be determined. By a suitable choice of the characteristic pattern 120 It is possible to determine an absolute angle of rotation in relation to the z-axis.

Eine Drehung um die x- und/oder y-Achse lässt sich ebenfalls anhand des charakteristischen Musters 120 in der erkennen, da eine solche Drehung zu einer Verzerrung des Musters 120 führt. Beispielsweise führt eine Drehung um die x-Achse dazu, dass das Element in z-Richtung an der in 1b oberen Kante weiter von dem optischen Bilderfassungssystem 110 entfernt ist, als an der unteren Kante. Dementsprechend ist die Abmessung des Musters 120 an der oberen Kante in x-Richtung kleiner als an der unteren Kante. Je nach Schärfentiefe der Kameras 111 kann diese Drehung auch durch einen Unterschied der Schärfe der Abbildung zwischen der oberen und der unteren Kante ermittelt werden. Entsprechendes gilt auch für eine Drehung um die y-Achse.A rotation about the x and / or y axis can also be based on the characteristic pattern 120 in the recognize, because such a rotation to a distortion of the pattern 120 leads. For example, rotation about the x axis causes the element to move in the z direction at the in 1b upper edge farther from the optical imaging system 110 is removed, as at the bottom edge. Accordingly, the dimension of the pattern 120 smaller at the upper edge in the x-direction than at the lower edge. Depending on the depth of field of the cameras 111 This rotation can also be determined by a difference in the sharpness of the image between the upper and lower edges. The same applies to a rotation about the y-axis.

Durch eine geeignete Bildverarbeitung der von den Kameras 111 erzeugten Bildern in der Recheneinheit 115 lässt sich somit eine aktuelle Position in x-, y- und z-Richtung sowie eine aktuelle Orientierung hinsichtlich einer Drehung um die x-, y- und z-Achse angeben. Diese Informationen zu Position und Orientierung können dann einerseits für eine Regelung der Levitationsvorrichtung, insbesondere dem Magnetfeld, verwendet werden. Andererseits können diese Informationen auch für einen Arbeitsprozess, für den die Levitationsvorrichtung verwendet wird, verwendet werden.By a suitable image processing of the cameras 111 generated images in the arithmetic unit 115 Thus, a current position in the x, y and z directions as well as a current orientation with respect to a rotation about the x, y and z axes can be indicated. This information on position and orientation can then be used on the one hand for controlling the levitation device, in particular the magnetic field. On the other hand, this information can also be used for a working process using the levitation device.

In 2a ist eine erfindungsgemäße Anordnung 200 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schematisch dargestellt. Die Anordnung 200 weist einen statischen Teil bzw. eine statische Einrichtung 205 sowie eine bewegliches Element bzw. einen Werkstückträger oder Mover 206 auf. Bei der Anordnung 200 kann es sich beispielsweise um eine sog. Levitationsvorrichtung handeln, bei der das Element 206 durch in der statischen Einrichtung 205 erzeugte Magnetfelder zum Schweben über der Fläche 208 gebracht werden kann.In 2a is an arrangement according to the invention 200 shown schematically in a further preferred embodiment. The order 200 has a static part or a static device 205 and a movable element or a workpiece carrier or movers 206 on. In the arrangement 200 it may, for example, be a so-called levitation device in which the element 206 through in the static device 205 generated magnetic fields to hover over the surface 208 can be brought.

Vom grundlegenden Aufbau her, insbesondere hinsichtlich der Funktionsweise, um das Element 206 schweben zu lassen, kann die Anordnung 200 der in 1a gezeigten Anordnung 100 entsprechen.From the basic structure, in particular with regard to the functioning, to the element 206 can float, the arrangement 200 the in 1a shown arrangement 100 correspond.

In der statischen Einrichtung 205 ist ein optisches Bilderfassungssystem 210 angeordnet, das im gezeigten Beispiel in einer Wandung 207, die an die Fläche 208 angrenzt und sich darüber erhebt, angeordnet bzw. in diese Wandung integriert ist. Im gezeigten Beispiel umfasst die Wandung 207 nur die beiden Teile (in Bezug auf die Figur) links und rechts an der statischen Einrichtung 205. Vorliegend umfasst das optische Bilderfassungssystem 210 zwei einzelne Kameras 211. Es versteht sich, dass in jedem Teil der Wandung 207 auch mehrere Kameras angeordnet sein könnten, ähnlich der Situation gemäß 1a.In the static device 205 is an optical image capture system 210 arranged, in the example shown in a wall 207 attached to the area 208 adjoins and rises above, arranged or integrated into this wall. In the example shown, the wall comprises 207 only the two parts (in relation to the figure) left and right on the static device 205 , In the present case, the optical image acquisition system comprises 210 two individual cameras 211 , It is understood that in every part of the wall 207 also several cameras could be arranged, similar to the situation according to 1a ,

An dem Element 206, das über der Fläche 208 schwebt, ist an den Seitenflächen, d.h. an den der Wandung 207 zugewandten Seiten, ein charakteristisches Muster 220 aufgebracht, welches mittels des optischen Erfassungssystems 210 erfasst werden kann. Im gezeigten Beispiel umfasst das charakteristische Muster jeweils zwei QR-Codes an jeder der Seitenflächen.At the element 206 that over the surface 208 Floats is on the side surfaces, ie on the wall 207 facing sides, a characteristic pattern 220 applied, which by means of the optical detection system 210 can be detected. In the example shown, the characteristic pattern comprises two QR codes on each of the side surfaces.

Weiterhin ist eine Recheneinheit 215 in der statischen Einrichtung 205 angeordnet, welche dazu eingerichtet ist, das optische Bilderfassungssystem 210 anzusteuern und die erfassten Bilder auszuwerten. Zusammen bilden das optische Bilderfassungssystem 210 und die Recheneinheit 215 damit eine Vorrichtung 201 zum Bestimmen einer Position und/oder Orientierung des Elements 206, wie nachfolgend erläutert werden soll.Furthermore, a computing unit 215 in the static device 205 arranged, which is adapted to the optical imaging system 210 to control and evaluate the captured images. Together form the optical imaging system 210 and the arithmetic unit 215 with it a device 201 for determining a position and / or orientation of the element 206 , as explained below.

In 2b ist ein Erfassungsbereich 250 gezeigt, der demjenigen Bereich entspricht, der von den einzelnen Kameras 211, die in x-Richtung, d.h. aufeinander, gerichtet sind, zusammen erfassbar ist. Die von den einzelnen Kameras erfassten einzelnen Erfassungsbereiche sind mit 251 für die (in 2a) linke Kamera und mit 252 für die rechte Kamera bezeichnet. Das Element 206 wird damit von jeder der beiden Kameras 211 erfasst, jedoch von unterschiedlichen Seiten.In 2 B is a coverage area 250 shown, which corresponds to the area of the individual cameras 211 , which are directed in the x-direction, ie, each other, can be detected together. The individual detection areas covered by the individual cameras are 251 for the (in 2a ) left camera and designated 252 for the right camera. The element 206 gets it from each of the two cameras 211 recorded, but from different sides.

In dem Erfassungsbereich sind nun auch zwei Abbildung 270 und 270' gezeigt, wie sie von dem optischen Bilderfassungssystem 210 von dem Element 206 erzeugt werden können. Die Abbildungen 270 und 270' umfassen dabei das charakteristische Muster 220, das an den Seitenflächen des Elements aufgebracht ist.In the detection area are now also two figure 270 and 270 ' as shown by the optical imaging system 210 from the element 206 can be generated. The pictures 270 and 270 ' include the characteristic pattern 220 which is applied to the side surfaces of the element.

Anhand der 2b ist nun zu sehen, dass die Position des Elements in y- und z-Richtung anhand der Position der Abbildungen 270 und 270' in dem Erfassungsbereich 250 und insbesondere in den jeweiligen einzelnen Erfassungsbereichen 251 bzw. 252, bzw. der Position relativ zu dem optischen Erfassungssystem in y- bzw. z-Richtung ermittelt werden kann. Während die Position in z-Richtung in beiden einzelnen Erfassungsbereichen 251, 252 bis auf etwaige Versetzungen aufgrund der unterschiedlichen Entfernungen des Elements 206 von den jeweiligen Kameras 211 übereinstimmt, sind die Positionen der Abbildungen 270 und 270' bezüglich der Position in y-Richtung gegenläufig, was entsprechend bei der Auswertung zu berücksichtigen ist.Based on 2 B Now you can see that the position of the element in y- and z-direction based on the position of the pictures 270 and 270 ' in the detection area 250 and in particular in the respective individual coverage areas 251 respectively. 252 , or the position relative to the optical detection system in the y- or z-direction can be determined. While the position in z direction in both individual detection areas 251 . 252 except for any dislocations due to the different distances of the element 206 from the respective cameras 211 are the positions of the pictures 270 and 270 ' with respect to the position in the y-direction in opposite directions, which must be taken into account accordingly in the evaluation.

Die Position in x-Richtung hingegen lässt sich anhand der Größe der Abbildungen 270 und 270', d.h. den Abmessungen in y- und z-Richtung im Verhältnis zu den jeweiligen Erfassungsbereichen 251 bzw. 252 ermitteln. Je weiter das Element in x-Richtung von der linken Kamera entfernt ist, desto kleiner ist die und desto größer ist die Abbildung 207', da das Element 206 entsprechend näher an der rechten Kamera ist. Je nach Schärfentiefe der Kameras 211 ist es jedoch auch denkbar, anhand der Schärfe der bzw. 270' auf die Position in x-Richtung zu schließen. Ebenso können Kameras 211 an einer oder beiden in der 2a offenen Seiten (vorne und/oder hinten) angeordnet sein, um auf die Position in x-Richtung zu schließen.The position in the x-direction, however, can be determined by the size of the images 270 and 270 ' , ie the dimensions in the y- and z-direction in relation to the respective detection areas 251 respectively. 252 determine. The farther the element is in the x direction from the left camera, the smaller is the and the bigger the picture 207 ' because the element 206 corresponding closer to the right camera. Depending on the depth of field of the cameras 211 However, it is also conceivable, based on the sharpness of or 270 'to close the position in the x direction. Likewise, cameras can 211 at one or both in the 2a open sides (front and / or rear) may be arranged to close the position in the x direction.

Weiterhin ist zu sehen, dass die Orientierung des Elements bezüglich einer Drehung um die x-Achse anhand der Orientierung des charakteristischen Musters 220 relativ zu dem Erfassungsbereich 250 bzw. den einzelnen Erfassungsbereichen 251 und 252 bzw. dem optischen Bilderfassungssystem 210 ermittelt werden kann.Furthermore, it can be seen that the orientation of the element with respect to a rotation about the x-axis based on the orientation of the characteristic pattern 220 relative to the detection area 250 or the individual detection areas 251 and 252 or the optical image capture system 210 can be determined.

Eine Drehung um die y- und/oder z-Achse lässt sich ebenfalls anhand des charakteristischen Musters 220 in den bzw. 270' erkennen, da eine solche Drehung zu einer Verzerrung des Musters 220 führt. Beispielsweise führt eine Drehung um die z-Achse dazu, dass das Element in y-Richtung an der in 2b im oberen Erfassungsbereich 251 gezeigten rechten Kante weiter von der linken Kamera entfernt ist, als an der linken Kante. Dementsprechend ist die Abmessung des Musters 220 an der rechten Kante kleiner als an der linken Kante. Bezüglich der rechten Kamera und dem Erfassungsbereich 252 verhält es sich entsprechend umgekehrt. Je nach Schärfentiefe der Kameras 211 kann diese Drehung auch durch einen Unterschied der Schärfe der Abbildung zwischen der linken und der rechten Kante ermittelt werden. Entsprechendes gilt auch für eine Drehung um die y-Achse.A rotation about the y- and / or z-axis can also be based on the characteristic pattern 220 in the or 270 ', since such rotation leads to distortion of the pattern 220 leads. For example, rotation about the z axis causes the element to move in the y direction at the in 2 B in the upper detection area 251 shown right edge is further away from the left camera than at the left edge. Accordingly, the dimension of the pattern 220 smaller at the right edge than at the left edge. Regarding the right camera and the detection area 252 it behaves the other way around. Depending on the depth of field of the cameras 211 This rotation can also be determined by a difference in the sharpness of the image between the left and right edges. The same applies to a rotation about the y-axis.

Durch eine geeignete Bildverarbeitung der von den Kameras 211 erzeugten Bilder in der Recheneinheit 215 lässt sich somit eine aktuelle Position in x-, y- und z-Richtung sowie eine aktuelle Orientierung hinsichtlich einer Drehung um die x-, y- und z-Achse angeben. Diese Informationen zu Position und Orientierung können dann einerseits für eine Regelung der Levitationsvorrichtung, insbesondere dem Magnetfeld, verwendet werden. Andererseits können diese Informationen auch für einen Arbeitsprozess, für den die Levitationsvorrichtung verwendet wird, verwendet werden.By a suitable image processing of the cameras 211 generated images in the arithmetic unit 215 Thus, a current position in the x, y and z directions as well as a current orientation with respect to a rotation about the x, y and z axes can be indicated. This information on position and orientation can then be used on the one hand for controlling the levitation device, in particular the magnetic field. On the other hand, this information can also be used for a working process using the levitation device.

Wie insbesondere bei einem Vergleich mit der Anordnung gemäß 1a und 1b zu erkennen ist, wäre eine Bestimmung der Position und/oder Orientierung des Elements 206 auch mit nur einer der beiden Kameras (oder auch mit mehreren Kameras auf nur einer der beiden Seiten) möglich. Jedoch wird durch diese redundante Erfassung und Auswertung eine genauere Bestimmung der Position bzw. Orientierung des Elements möglich.As in particular in a comparison with the arrangement according to 1a and 1b it would be a determination of the position and / or orientation of the element 206 also possible with only one of the two cameras (or even with several cameras on only one of the two sides). However, a more accurate determination of the position or orientation of the element is possible by this redundant detection and evaluation.

Ebenso ist eine Kombination von Kameras in der Fläche gemäß 1a und Kameras an der Seite gemäß 2b möglich, um möglichst genau Position und Orientierung des Elements bestimmen zu können.Similarly, a combination of cameras in the area according to 1a and cameras on the side according to 2 B possible in order to be able to determine the position and orientation of the element as precisely as possible.

In 3a ist eine erfindungsgemäße Anordnung 300 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schematisch dargestellt, hier in einer Draufsicht. Die Anordnung 300 weist einen statischen Teil bzw. eine statische Einrichtung 305 sowie ein bewegliches Element bzw. einen Werkstückträger oder Mover 306 auf. Bei der Anordnung 300 kann es sich beispielsweise um eine sog. Levitationsvorrichtung handeln, bei der das Element 306 durch in der statischen Einrichtung 305 erzeugte Magnetfelder zum Schweben über der Fläche 308 gebracht werden kann.In 3a is an arrangement according to the invention 300 shown schematically in a further preferred embodiment, here in a plan view. The order 300 has a static part or a static device 305 and a movable element or a workpiece carrier or mover 306 on. In the arrangement 300 it may, for example, be a so-called levitation device in which the element 306 through in the static device 305 generated magnetic fields to hover over the surface 308 can be brought.

Vom grundlegenden Aufbau her, insbesondere hinsichtlich der Funktionsweise, um das Element 306 schweben zu lassen, kann die Anordnung 300 der in 1a gezeigten Anordnung 100 entsprechen.From the basic structure, in particular with regard to the functioning, to the element 306 can float, the arrangement 300 the in 1a shown arrangement 100 correspond.

In der statischen Einrichtung 305 ist ein optisches Bilderfassungssystem 310 angeordnet, das im gezeigten Beispiel in der Fläche 308 angeordnet bzw. in die Fläche 308 integriert ist. Vorliegend umfasst das optische Bilderfassungssystem 310 mehrere Zeilenkameras 311 und 312, die zusammen einen Erfassungsbereich über der Fläche 308 abdecken. Vorliegend sind einer ersten Richtung, hier senkrecht, drei Reihen mit je vier Zeilenkameras angeordneten. In einer zweiten Richtung, hier waagrecht, sind ebenfalls drei Reihen mit je vier Zeilenkameras angeordnet (Kreuzgitter).In the static device 305 is an optical image capture system 310 arranged, in the example shown in the area 308 arranged or in the area 308 is integrated. In the present case, the optical image acquisition system comprises 310 several line scan cameras 311 and 312 , which together form a detection area over the area 308 cover. In the present case, a first direction, here perpendicular, three rows are arranged with four line scan cameras. In a second direction, here horizontally, three rows are also arranged with four line scan cameras (cross lattice).

Weiterhin ist eine Recheneinheit 315 an der statischen Einrichtung 305 angeordnet, welche dazu eingerichtet ist, das optische Bilderfassungssystem 310 anzusteuern und die erfassten Bilder auszuwerten. Zusammen bilden das optische Bilderfassungssystem 310 und die Recheneinheit 315 damit eine Vorrichtung 301 zum Bestimmen einer Position und/oder Orientierung des Elements 306, wie nachfolgend erläutert werden soll.Furthermore, a computing unit 315 at the static facility 305 arranged, which is configured to the optical image capture system 310 to control and evaluate the captured images. Together form the optical imaging system 310 and the arithmetic unit 315 with it a device 301 for determining a position and / or orientation of the element 306 , as explained below.

In 3b ist ein Erfassungsbereich 350 gezeigt, der demjenigen Bereich entspricht, der von den einzelnen Kameras 311 und 312, die in z-Richtung, d.h. in Richtung des Elements 306 gerichtet sind, zusammen erfassbar ist. Dieser Erfassungsbereich 350 umfasst vorliegend nicht den gesamten, über der Fläche 308 liegenden Bereich, in dem sich das Element 306 bewegen kann (hier gestrichelt angedeutet), sondern nur einzelne, jeweils über den einzelnen Zeilenkameras liegende Bereiche.In 3b is a coverage area 350 shown, which corresponds to the area of the individual cameras 311 and 312 moving in the z-direction, ie in the direction of the element 306 directed, is collectively comprehensible. This coverage area 350 in this case does not cover the entire, over the area 308 lying area in which the element 306 can move (indicated by dashed lines), but only individual, each lying above the individual line scan areas.

Die einzelnen Zeilenkameras sind vorliegend zumindest in der Lage, ein Hell-Dunkel-Bild zu erzeugen. Die , die von den Zeilenkameras erfasst wird, bildet somit Umrisse, hier Abschnitte 320 von Kanten, des Elements 306 ab. Diese Abschnitte 320 der Kanten werden vorliegend durch einen Übergang zwischen dunkel und hell gebildet. Der Vollständigkeit halber ist auch (gestrichelt) der volle Umriss des Elements 306 gezeigt, welcher zwar nicht in der Abbildung enthalten ist, jedoch (zumindest näherungsweise) aus den Abschnitten 320 berechnet bzw. ermittelt werden kann.In the present case, the individual line scan cameras are at least capable of producing a light-dark image. The , which is detected by the line scan, thus forms outlines, here sections 320 of edges, of the element 306 from. These sections 320 The edges are formed here by a transition between dark and light. For the sake of completeness, the full outline of the element is also (dashed) 306 shown, which is not included in the figure, but (at least approximately) from the sections 320 can be calculated or determined.

Anhand der 3b ist nun zu sehen, dass die Position des Elements in x- und y-Richtung anhand der Position der in dem Erfassungsbereich 350 bzw. der Position relativ zu dem optischen Bilderfassungssystem in x- bzw. y-Richtung ermittelt werden kann. Die Position in z-Richtung hingegen lässt sich anhand einer Schärfeninformation der und/oder anhand der erfassten Größe des Elements ermitteln. Je weiter das Element 306 in z-Richtung von den Zeilenkameras entfernt ist, desto unschärfer werden die Abschnitte 320 der Kanten in der bzw. desto kleiner wird das errechnete (gestrichelte) Abbild des Elements.Based on 3b Now it can be seen that the position of the element in the x- and y-direction is determined by the position of the in the detection area 350 or the position relative to the optical image acquisition system in the x and y direction can be determined. The position in the z-direction, however, can be based on a sharpness information of and / or based on the detected size of the element. The further the element 306 The z-direction away from the line scan cameras, the blurrier the sections become 320 the edges in the or the smaller is the calculated (dashed) image of the element.

Weiterhin ist zu sehen, dass die Orientierung des Elements bezüglich einer Drehung um die z-Achse anhand der Orientierung der relativ zu dem Erfassungsbereich 350 bzw. dem optischen Bilderfassungssystem 310 ermittelt werden kann. Ein Drehwinkel lässt sich beispielsweise anhand der unterschiedlichen x- und y-Positionen der beiden Abschnitte 320 der Kanten pro Kante des Elements in Bezug zu dem Erfassungsbereich 350 ermitteln. Es versteht sich, dass hierzu in der x- und/oder y-Richtung jeweils Zeilenkameras in zwei nebeneinander liegenden Reihen die Umrisse erfassen sollten.Furthermore, it can be seen that the orientation of the element with respect to a rotation about the z-axis based on the orientation of the relative to the detection area 350 or the optical image capture system 310 can be determined. A rotation angle can be, for example, based on the different x and y positions of the two sections 320 the edges per edge of the element in relation to the detection area 350 determine. It is understood that for this purpose in each case line scan cameras in two adjacent rows should detect the outlines in the x and / or y direction.

Eine Drehung um die x- und/oder y-Achse lässt sich anhand von Schärfeninformationen in der an verschiedenen Stellen erkennen. Beispielsweise führt eine Drehung um die x-Achse dazu, dass das Element in z-Richtung an der in 3b oberen Kante weiter von dem optischen Bilderfassungssystem 310 entfernt ist, als an der unteren Kante. Dementsprechend sind die oberen Abschnitte 320 an der linken und rechten Kante (in 3b) unschärfer als die jeweils unteren Abschnitte 320. Entsprechend lässt sich auch eine Drehung um die y-Achse ermitteln. Ebenso können Verzerrungen des errechneten Abbilds, wie anhand der 1 und 2 erläutert, herangezogen werden.A rotation about the x- and / or y-axis can be based on sharpness information in the recognize in different places. For example, rotation about the x axis causes the element to move in the z direction at the in 3b upper edge farther from the optical imaging system 310 is removed, as at the bottom edge. Accordingly, the upper sections 320 at the left and right edges (in 3b ) blurred than the lower sections 320 , Accordingly, a rotation about the y-axis can be determined. Likewise, distortions of the calculated image, as shown by the 1 and 2 explained, are used.

Durch eine geeignete Bildverarbeitung der von den Kameras 311 und 312 erzeugten Bildern in der Recheneinheit 315 lässt sich somit eine aktuelle Position in x-, y- und z-Richtung sowie eine aktuelle Orientierung hinsichtlich einer Drehung um die x-, y- und z-Achse angeben. Diese Informationen zu Position und Orientierung können dann einerseits für eine Regelung der Levitationsvorrichtung, insbesondere dem Magnetfeld, verwendet werden. Andererseits können diese Informationen auch für einen Arbeitsprozess, für den die Levitationsvorrichtung verwendet wird, verwendet werden.By a suitable image processing of the cameras 311 and 312 generated images in the arithmetic unit 315 Thus, a current position in the x, y and z directions as well as a current orientation with respect to a rotation about the x, y and z axes can be indicated. This information on position and orientation can then be used on the one hand for controlling the levitation device, in particular the magnetic field. On the other hand, this information can also be used for a working process using the levitation device.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 5925956 A [0004]US 5925956 A [0004]
  • EP 1015851 B2 [0004]EP 1015851 B2 [0004]
  • WO 2015/017933 A1 [0005]WO 2015/017933 A1 [0005]
  • EP 2702672 B1 [0005]EP 2702672 B1 [0005]

Claims (17)

Vorrichtung (101, 201, 301) zum Bestimmen einer Position und/oder Orientierung eines über einer Fläche (108, 208, 308) einer statischen Einrichtung (105, 205, 305) frei schwebenden Elements (106, 206, 306) mit einem optischen Bilderfassungssystem (110, 210, 310), wobei das optische Bilderfassungssystem (110, 210, 310) dazu vorgesehen ist, an und/oder in der statischen Einrichtung (105, 205, 305) angeordnet zu werden, und wobei die Vorrichtung (101, 201, 301) dazu eingerichtet ist, unter Verwendung des optischen Bilderfassungssystems (110, 210, 310) von dem Element wenigstens eine Abbildung (170, 270, 270', 370) zu erzeugen, die ein charakteristisches Muster (120, 220), das auf dem Element (106, 206) angebracht ist, und/oder Umrisse (320) des Elements (306) umfasst, und anhand einer Position und/oder Orientierung der wenigstens einen Abbildung (170, 270, 270', 370) innerhalb eines Erfassungsbereichs (150, 250, 350) des optischen Bilderfassungssystems und/oder anhand von Bildinformationen der wenigstens einen Abbildung (170, 270, 270', 370) die Position und/oder Orientierung des Elements (106, 206, 306) relativ zu der statischen Einrichtung (105, 205, 305) zu ermitteln.Device (101, 201, 301) for determining a position and / or orientation of an element (106, 206, 306) which floats above a surface (108, 208, 308) of a static device (105, 205, 305) with an optical element Image acquisition system (110, 210, 310), wherein the optical imaging system (110, 210, 310) is arranged to be arranged on and / or in the static device (105, 205, 305), and wherein the device (101, 201, 301) is arranged to generate, using the image acquisition optical system (110, 210, 310), at least one image (170, 270, 270 ', 370) of the element which has a characteristic pattern ( 120, 220) mounted on the member (106, 206) and / or outlines (320) of the member (306), and based on a position and / or orientation of the at least one image (170, 270, 270 ', 370) within a detection area (150, 250, 350) of the optical image acquisition system and / or on the basis of image information of the at least one image (170, 270, 270 ', 370) determine the position and / or orientation of the element (106, 206, 306) relative to the static device (105, 205, 305). Vorrichtung (101, 201) nach Anspruch 1, wobei das optische Bilderfassungssystem (110, 210) ein oder mehrere Kameras (111, 211) oder Laserabtasteinrichtungen aufweist, und wobei die Vorrichtung (101, 201) dazu eingerichtet ist, unter Verwendung des optischen Bilderfassungssystems (110, 210) von dem Element (106, 206) wenigstens eine Abbildung (170, 270, 270') zu erzeugen, die ein charakteristisches Muster (120, 220), das auf dem Element (105, 205) angebracht ist, aufweist.Device (101, 201) according to Claim 1 wherein the optical image acquisition system (110, 210) comprises one or more cameras (111, 211) or laser scanning devices, and wherein the device (101, 201) is adapted to use the image acquisition optical system (110, 210) 106, 206) to produce at least one image (170, 270, 270 ') having a characteristic pattern (120, 220) mounted on the element (105, 205). Vorrichtung (101, 201) nach Anspruch 2, wobei das optische Bilderfassungssystem (110, 210) derart ausgebildet ist, dass das Element (106, 206) unabhängig von der Position des Elements (106, 206) relativ zur Fläche (108, 208) von wenigstens zwei Kameras (111, 211) oder Laserabtasteinrichtungen gleichzeitig erfassbar ist.Device (101, 201) according to Claim 2 in that the optical image acquisition system (110, 210) is designed such that the element (106, 206) is independent of the position of the element (106, 206) relative to the surface (108, 208) of at least two cameras (111, 211). or Laserabtasteinrichtungen is detected simultaneously. Vorrichtung (101, 201) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das optische Bilderfassungssystem (110) dazu vorgesehen ist, wenigstens teilweise unter und/oder in der Fläche (108) der statischen Einrichtung (105) angeordnet zu werden.Device (101, 201) according to Claim 2 or 3 wherein the optical imaging system (110) is arranged to be located at least partially below and / or in the surface (108) of the static device (105). Vorrichtung (101, 201) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das optische Bilderfassungssystem (210) dazu vorgesehen ist, wenigstens teilweise an die Fläche (208) der statischen Einrichtung (205) angrenzend und sich über die Fläche (208) erhebend angeordnet zu werden.Device (101, 201) according to one of Claims 2 to 4 wherein the optical imaging system (210) is arranged to be at least partially adjacent to the surface (208) of the static device (205) and to be raised above the surface (208). Vorrichtung (101, 201) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, weiterhin dazu eingerichtet, die Position des Elements (106, 206) anhand einer Position des charakteristischen Musters (120, 220) innerhalb eines Erfassungsbereichs (150, 250) des optischen Bilderfassungssystems (110, 210) und/oder anhand einer Größe des charakteristischen Musters (120, 220) zu ermitteln.Device (101, 201) according to one of Claims 2 to 5 and further adapted to position the element (106, 206) based on a position of the characteristic pattern (120, 220) within a detection area (150, 250) of the image acquisition optical system (110, 210) and / or on a size of the characteristic pattern (120, 220). Vorrichtung (101, 201) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, weiterhin dazu eingerichtet, die Orientierung des Elements (106, 206) anhand einer Orientierung des charakteristischen Musters (120, 220) relativ zu dem optischen Bilderfassungssystem (110, 210) und/oder anhand einer Verzerrung des charakteristischen Musters (120, 220) zu ermitteln.Device (101, 201) according to one of Claims 2 to 6 further adapted to orient the element (106, 206) based on an orientation of the characteristic pattern (120, 220) relative to the optical imaging system (110, 210) and / or distortion of the characteristic pattern (120, 220) determine. Vorrichtung (301) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das optische Bilderfassungssystem (310) dazu vorgesehen ist, in der Fläche (308) der statischen Einrichtung (305) angeordnet zu werden, und ein oder mehrere, sich in einer ersten Richtung erstreckenden, Zeilenkameras (311) und ein oder mehrere, sich einer zweiten, von der ersten verschiedenen, Richtung erstreckende Zeilenkameras (312) aufweist, und wobei die Vorrichtung (301) dazu eingerichtet ist, unter Verwendung des optischen Bilderfassungssystems (310) von dem Element (306) wenigstens eine Abbildung (370) zu erzeugen, die Umrisse (320) des Elements umfasst.Apparatus (301) as claimed in any one of the preceding claims, wherein the image acquisition optical system (310) is arranged to be disposed in the surface (308) of the static device (305) and one or more line scan cameras extending in a first direction (311) and one or more, having a second, from the first different direction extending line scan cameras (312), and wherein the device (301) is arranged using the optical image acquisition system (310) of the element (306) to generate at least one image (370) comprising outlines (320) of the element. Vorrichtung (301) nach Anspruch 8, wobei das optische Bilderfassungssystem (310) derart ausgebildet ist, dass das Element (306) unabhängig von der Position des Elements (306) relativ zur Fläche (308) von wenigstens zwei Zeilenkameras (311) in der ersten Richtung und/oder von wenigstens zwei Zeilenkameras (312) in der zweiten Richtung jeweils gleichzeitig erfassbar ist.Device (301) according to Claim 8 wherein the optical imaging system (310) is configured such that the element (306) is independent of the position of the element (306) relative to the surface (308) of at least two line scan cameras (311) in the first direction and / or at least two Row cameras (312) in the second direction can be detected simultaneously. Vorrichtung (301) nach Anspruch 8 oder 9, weiterhin dazu eingerichtet, die Position des Elements (306) anhand einer Position der wenigstens einen Abbildung (370) innerhalb eines Erfassungsbereichs (350) des optischen Bilderfassungssystems und/oder anhand einer Schärfeninformation der wenigstens einen Abbildung (370) und/oder anhand einer Größe der Umriss in der wenigstens einen Abbildung (370) zu ermitteln.Device (301) according to Claim 8 or 9 and further configured to position the element (306) based on a position of the at least one image (370) within a capture area (350) of the optical imaging system and / or sharpening information of the at least one map (370) and / or size the outline in the at least one figure (370) to determine. Vorrichtung (301) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, weiterhin dazu eingerichtet, die Orientierung des Elements (306) anhand einer Orientierung der Abbildung (370) relativ zu dem optischen Sensorsystem (310) und/oder anhand von Schärfeninformationen der wenigstens einen Abbildung (370) an verschiedenen Stellen innerhalb der wenigstens einen Abbildung (370) zu ermitteln.Device (301) according to one of Claims 8 to 10 , further adapted to orient the element (306) based on orientation of the image (370) relative to the optical sensor system (310) and / or sharpening information of the at least one image (370) at different locations within the at least one image (37). 370). Vorrichtung (101, 201) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das optische Bilderfassungssystem Beleuchtungsmittel aufweist, die dazu eingerichtet sind, das Element (106, 206, 306) zu beleuchten. A device (101, 201) according to any one of the preceding claims, wherein the image acquisition optical system comprises illumination means adapted to illuminate the element (106, 206, 306). Vorrichtung (101, 201) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die dazu eingerichtet ist, eine Position und/oder Orientierung wenigstens eines weiteren Elements zu ermitteln, indem unter Verwendung des optischen Bilderfassungssystems von dem wenigstens einen weiteren Element wenigstens eine Abbildung erzeugt wird, die ein charakteristisches Muster, das auf dem wenigstens einen weiteren Element angebracht und von demjenigen des Elements (106, 206) verschieden ist, oder Umrisse des wenigstens einen weiteren Elements, die sich von denjenigen des Elements (306) unterscheiden, abbildet.A device (101, 201) according to any one of the preceding claims arranged to determine a position and / or orientation of at least one further element by producing at least one image of the at least one further element using the image acquisition optical system Characteristic pattern, which is mounted on the at least one further element and different from that of the element (106, 206), or shows outlines of the at least one further element which are different from those of the element (306). Anordnung (100, 200) mit einer Vorrichtung einem der vorstehenden Ansprüche, einer statischen Einrichtung (105, 205) und einem Element (106, 206), das über der Fläche (108, 208) der statischen Einrichtung frei schweben kann.An assembly (100, 200) comprising apparatus as claimed in any one of the preceding claims, static means (105, 205) and a member (106, 206) which is free to float over the surface (108, 208) of the static means. Anordnung (100, 200) nach Anspruch 14, wobei auf dem Element (106, 206) ein charakteristisches Muster (120, 220) vorgesehen ist, das insbesondere optisch aktiv erzeugbar ist.Arrangement (100, 200) after Claim 14 , wherein on the element (106, 206), a characteristic pattern (120, 220) is provided, which is in particular optically active generated. Verfahren zum Bestimmen einer Position und/oder einer Orientierung eines über einer Fläche (108, 208, 308) einer statischen Einrichtung (105, 205, 305) frei schwebenden Elements (106, 206, 306), wobei unter Verwendung eines optischen Bilderfassungssystems (101, 201, 301), das dazu vorgesehen ist, an und/oder in der statischen Einrichtung (105, 205, 305) angeordnet zu werden, von dem Element (106, 206, 306) wenigstens eine Abbildung (170, 270, 370) erzeugt wird, die ein charakteristisches Muster (120, 220), das auf dem Element angebracht ist, und/oder Umrisse (320) des Elements abbildet, und wobei anhand einer Position und/oder Orientierung der wenigstens einen Abbildung (170, 270, 370) innerhalb eines Erfassungsbereichs (150, 250, 350) des optischen Bilderfassungssystems (110, 210, 310) und/oder anhand von Bildinformationen der wenigstens einen Abbildung (170, 270, 370) die Position und/oder Orientierung des Elements (106, 206, 306) relativ zu der statischen Einrichtung (105, 205, 305) ermittelt wird.Method for determining a position and / or an orientation of a free-floating element (106, 206, 306) above a surface (108, 208, 308) of a static device (105, 205, 305), wherein at least one of the element (106, 206, 306) is provided using an image acquisition optical system (101, 201, 301) arranged to be disposed on and / or in the static device (105, 205, 305) Figure (170, 270, 370) depicting a characteristic pattern (120, 220) mounted on the element and / or outlines (320) of the element, and wherein, based on a position and / or orientation of the at least one image (170, 270, 370) within a detection region (150, 250, 350) of the optical image acquisition system (110, 210, 310) and / or based on image information of the at least one image ( 170, 270, 370) the position and / or orientation of the element (106, 206, 306) relative to the static device (105, 205, 305) is determined. Verfahren nach Anspruch 16, wobei eine Vorrichtung (101, 201, 301) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder eine Anordnung (100, 200) nach Anspruch 14 oder 15 verwendet wird.Method according to Claim 16 , wherein a device (101, 201, 301) according to one of Claims 1 to 13 or an arrangement (100, 200) according to Claim 14 or 15 is used.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115263154A (en) * 2022-07-29 2022-11-01 中铁第四勘察设计院集团有限公司 Isolation cabin door based on vacuum magnetic suspension pipeline

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19744938A1 (en) * 1996-11-13 1998-06-10 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Optical precision position measuring device e.g. for linear motor drives
DE19732398A1 (en) * 1997-07-28 1999-02-04 Joerg Fricke Device to determine position of object in relation to plane surface
US5925956A (en) 1995-06-30 1999-07-20 Nikon Corporation Stage construction incorporating magnetically levitated movable stage
EP1015851B2 (en) 1997-05-02 2006-05-24 Ats Automation Tooling Systems Inc. Modular conveyor system having multiple moving elements under independent control
US7057370B2 (en) * 2003-06-21 2006-06-06 Igor Victorovich Touzov Ultra-fast precision motor with X, Y and Theta motion and ultra-fast optical decoding and absolute position detector
US20070237413A1 (en) * 2005-04-22 2007-10-11 Chu David C System For Sensing An Absolute Position In Two Dimensions Using A Target Pattern
US20080040942A1 (en) * 2004-12-23 2008-02-21 Renishaw Plc Position Measurement
DE102008026865A1 (en) * 2007-07-17 2009-01-29 Agilent Technologies Inc., Santa Clara System architecture for capturing an absolute position using a target pattern
EP2203784B1 (en) * 2007-10-19 2011-08-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Displacement device with precision position measurement
US8189194B2 (en) * 2008-09-12 2012-05-29 Cognex Corporation Direct illumination machine vision technique for processing semiconductor wafers
WO2015017933A1 (en) 2013-08-06 2015-02-12 The University Of British Columbia Displacement devices and methods and apparatus for detecting and estimating motion associated with same
EP2702672B1 (en) 2011-04-29 2015-08-05 Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. Kg High-resolution positioning device
US9202719B2 (en) * 2011-10-27 2015-12-01 The University Of British Columbia Displacement devices and methods for fabrication, use and control of same

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5925956A (en) 1995-06-30 1999-07-20 Nikon Corporation Stage construction incorporating magnetically levitated movable stage
DE19744938A1 (en) * 1996-11-13 1998-06-10 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Optical precision position measuring device e.g. for linear motor drives
EP1015851B2 (en) 1997-05-02 2006-05-24 Ats Automation Tooling Systems Inc. Modular conveyor system having multiple moving elements under independent control
DE19732398A1 (en) * 1997-07-28 1999-02-04 Joerg Fricke Device to determine position of object in relation to plane surface
US7057370B2 (en) * 2003-06-21 2006-06-06 Igor Victorovich Touzov Ultra-fast precision motor with X, Y and Theta motion and ultra-fast optical decoding and absolute position detector
US20080040942A1 (en) * 2004-12-23 2008-02-21 Renishaw Plc Position Measurement
US20070237413A1 (en) * 2005-04-22 2007-10-11 Chu David C System For Sensing An Absolute Position In Two Dimensions Using A Target Pattern
DE102008026865A1 (en) * 2007-07-17 2009-01-29 Agilent Technologies Inc., Santa Clara System architecture for capturing an absolute position using a target pattern
EP2203784B1 (en) * 2007-10-19 2011-08-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Displacement device with precision position measurement
US8189194B2 (en) * 2008-09-12 2012-05-29 Cognex Corporation Direct illumination machine vision technique for processing semiconductor wafers
EP2702672B1 (en) 2011-04-29 2015-08-05 Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. Kg High-resolution positioning device
US9202719B2 (en) * 2011-10-27 2015-12-01 The University Of British Columbia Displacement devices and methods for fabrication, use and control of same
WO2015017933A1 (en) 2013-08-06 2015-02-12 The University Of British Columbia Displacement devices and methods and apparatus for detecting and estimating motion associated with same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115263154A (en) * 2022-07-29 2022-11-01 中铁第四勘察设计院集团有限公司 Isolation cabin door based on vacuum magnetic suspension pipeline
CN115263154B (en) * 2022-07-29 2023-07-18 中铁第四勘察设计院集团有限公司 Isolation cabin door based on vacuum magnetic levitation pipeline

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