DE3710239A1

DE3710239A1 - Verfahren zur objekterfassung

Info

Publication number: DE3710239A1
Application number: DE19873710239
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Hauselt; Klaus Dipl Ing Scheibel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1987-03-27
Publication date: 1988-10-06

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Objekterfas sung mit zumindest einem Ultraschallsender und einem die Echoimpulse aufnehmenden Ultraschallempfänger sowie einer Sender- und Empfängersteuerung und einer zumindest ein Ver gleichsprofil des zu erfassenden Objektes speichernden Aus werteschaltung.

Bei einem bekannten Verfahren der obengenannten Art wird ein Schallimpuls vom Sender ausgesandt, dessen zeitliche Reflek tion die Kontur eines Objektes erfassen soll. Um eine gute Auflösung der Stufenstruktur zu erreichen, muß der Schallim puls sehr kurz sein (µs). Derartige Sender sind derzeit nicht verfügbar. Bei dem bekannten Verfahren wird aus diesem Grund eine aufwendige Auswertung in Form von Korrelationsrechnungen vorgenommen. Dem vorliegenden Verfahren und der Anordnung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Objekterfassung zu schaffen, die bei geringem Aufwand eine höhere Auflösung erreicht. Dies wird auf einfache Weise dadurch erreicht, daß vom Ultraschall sender eine Folge von unterschiedlichen Frequenzen abge strahlt wird, deren objektspezifisches Reflektionsspektrum gespeichert wird und als Vergleichsspektrum bei der Objekter fassung abgerufen wird. Um mit einem höheren Energieinhalt den Sendevorgang vollziehen zu können ist es vorteilhaft, wenn die gesamte Frequenzfolge über einen Zeitbereich in ms-Größe abgestrahlt wird. Hierdurch wird die Störsicherheit gegenüber kurzen Impulsen verbessert. Darüber hinaus kann gegenüber dem Stand der Technik der Schaltungsaufwand verrin gert werden, da mit geringeren Sendespannungen gearbeitet wer den kann. Eine weitere Verbesserung der Auflösung wird er zielt, wenn der Übergang von Frequenz zu Frequenz kontinuier lich erfolgt. Um die Auflösung dem Objekt bestmöglich anpas sen zu können ist es vorteilhaft, wenn der Frequenzbereich und die Frequenzfolgenstufung objektspezifisch gewählt wird. Darüber hinaus ist die Erkennungsgeschwindigkeit steigerbar. Um den Übertragungsbereich der Wandler zu linearisieren ist es vorteilhaft, wenn entweder die Amplituden der Einzelfre quenzen unterschiedlich hoch gewählt werden oder die Amplitu den des Reflektionsspektrums unterschiedlich bewertet werden. Um ein bestimmtes Objekt aus einer Reihe von vorgegebenen Ob jekten zu erkennen ist es vorteilhaft, wenn mehrere Reflek tionsspektren gespeichert werden. Hierdurch sind auch Sortier aufgaben ohne weiteres lösbar. Um auf einfache Weise eine rechnerische Auswertung der Objekterfassung durchführen zu können ist es vorteilhaft, daß das Reflektionsspektrum vor der Speicherung digitalisiert wird.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann,

Fig. 2 ein Diagramm der Sendespannung über der Frequenz,

Fig. 3 ein Reflektionsspektrum, das vom Ultraschallempfänger aufgenommen werden kann und

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Vergleichers zum Vergleich der Reflektionsspektren mit gespeicherten Vergleichsspektren.

Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung zur Objekterfas sung besteht aus dem Ultraschallsender 1, dem Ultraschallem pfänger 2 und der Steuervorrichtung 3, die einen Steuerteil 4, einen Speicher 5, einen Vergleicher 6 und eine Schwellwertaus wertung 7 aufweist. Der Ultraschallsender 1 enthält eine Fre quenzaufbereitung 8. Dem Ultraschallempfänger 2 kann ein Am plitudendemodulator 14 und ein Analog-Digital-Wandler 9 nach geschaltet werden. Hierdurch ist eine Verarbeitung mittels üblicher Datenverarbeitungsanlagen möglich. Das Steuerteil 4 sorgt zunächst für die Steuerung des Ultraschallsenders, so daß eine vorbestimmbare Folge von unterschiedlichen Frequen zen f 1 bis fn, wie dies in Fig. 2 dargestellt wurde, auf ein Objekt 10 abgestrahlt wird. Durch die unterschiedlich starke Reflektion der unterschiedlichen Frequenzen entsprechend der Kontur des Objektes 10 ergibt sich ein Frequenzspektrum, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, das vom Ultraschallempfänger 2 aufgenommen wird und gegebenenfalls über den Analog-Digital- Wandler im Speicher 5 abgelegt wird. Hierzu wird über den symbolisch dargestellten Schalter 11 der Weg vom Ultraschall empfänger zum Speicher freigeschaltet, was ebenfalls durch den Steuerteil 4 erfolgt. Soll nun festgestellt werden, ob das vom Ultraschallempfänger aufgenommene Frequenzspektrum einem be kannten Objekt entspricht, so wird vom Steuerteil 4 der Spei cher 5 auf den Vergleicher geschaltet, wobei das aufgenommene Frequenzspektrum auf der anderen Seite dem Vergleicher 6 zuge führt wird. Es können dann, wie die Fig. 4 zeigt, die einzelnen Frequenzfolgen miteinander verglichen werden, so daß der Ver gleicher 6 beim Vergleich der Spektren ein Signal oder einen Steuerbefehl ausgeben kann. Um gewisse Meßtoleranzen ausglei chen zu können kann es vorteilhaft sein, dieses Signal einer Schwellwertauswertung 7 zuzuführen. Eine vorgegebene Fehler schwelle 12 wird hier mit dem Signal verglichen, so daß der Ausgang 13 Übereinstimmung des Objektes 10 mit einem gespei cherten Frequenzspektrum signalisieren kann. Vorteilhaft ist es, wenn die Fehlerschwelle entsprechend den Umgebungsbedin gungen einstellbar ist. Wie bereits vorn erwähnt, kann die Steuerung 4 auch dafür sorgen, daß die Dauer der Ausstrahlung einer bestimmten Frequenz und die Folge der abzustrahlenden Frequenzen dem zu überwachenden Objekt entsprechend gewählt wird, was je nach zu messendem Objekt und auch der Meßentfer nung eine Auflösungsverbesserung und damit ein Niedrighalten der Fehlerschwelle bewirken kann. In diesem Zusammenhang kann es auch vorteilhaft sein, dem Ultraschallempfänger einen Am plitudendemodulator 14 nachzuschalten, so daß sich für das Frequenzspektrum gemäß Fig. 3 eine abzuspeichernde Hüllkurve ergibt.

Claims

1. Verfahren zur Objekterfassung mit zumindest einem Ultra schallsender und einer die Echoimpulse aufnehmenden Ultra schallempfänger sowie einer Sender- und Empfängersteuerung und einer zumindest ein Vergleichsprofil des zu erfassenden Objektes speichernden Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß vom Ultraschallsender (1) eine Folge von unterschiedlichen Frequenzen (f 1 . . . fn) abgestrahlt wird, deren objektspezifisches (10) Reflektions spektrum (f 1 . . . fn) gespeichert wird und als Vergleichsspek trum (6) bei der Objekterfassung abgerufen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die gesamte Frequenzfolge über einen Zeitbereich in ms-Größe abgestrahlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Übergang von Frequenz (f 1) zu Frequenz (fn) kontinuierlich erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich und die Frequenzfolgenstufung objektspezifisch gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der Einzel frequenzen (f 1 . . . fn) unterschiedlich hoch gewählt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden des Reflek tionsspektrums (f 1 . . . fn) unterschiedlich bewertet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß mehrere Reflektionsspektren gespei chert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, daß das Reflektionsspektrum vor der Speicherung (5) digitalisiert (9) wird.

9. Anordnung zur Durchführung eines oder mehrerer der Verfah ren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Steuerungsvorrichtung (3) für die Frequenzfolgeausgabe des Ultraschallsenders (1) und zur Zuschaltung des Ultraschallempfängers (2) und zur Um schaltung (11) auf einen Speicher (5) zur Speicherung der Ver gleichsspektren und zur Zuschaltung des Speichers (5) sowie eines Vergleichers (6) vorhanden ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß dem Vergleicher (6) eine Schwellwer tauswertung (7) nachgeschaltet ist.

11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß dem Ultraschallempfänger (2) ein Am plitudendemodulator (14) nachgeschaltet ist.