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    • 专利摘要:

    公开号:WO1989009941A1
    申请号:PCT/DE1989/000207
    申请日:1989-04-04
    公开日:1989-10-19
    发明作者:Winfried Keiper；Wolfgang Rottler
    申请人:Robert Bosch Gmbh；
    IPC主号:G01S15-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren zum Identifizieren von Objekten
    [0002] Stand der Technik
    [0003] Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Identifizieren von Objekten nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 33 35 421 ist ein Verfahren zur Signalauswertung von UltraschallEchosignalen bekannt, bei dem neben der Laufzeit der Echosignale die Amplitude der Echosignal-Hüllkurve ausgewertet wird. Das bekannte Verfahren findet insbesondere zur Bestimmung der relativen Lage und der Geschwindigkeit von Greifarmen eines Roboters bezüglich eines Objekts Anwendung.
    [0004] Bei einer Bestimmung von Objektabständen aus Laufzeitmessungen muß die Temperatur des zwischen der Sende-Empfangseinrichtung und Objekt befindlichen Mediums bekannt sein. In Luft beispielsweise ändert sich die Laufzeit bei einer mittleren Temperatur von 20° C um etwa 0,17 % pro Grad Temperaturänderung. Temperaturgradienten, die beispielsweise durch Zugluft oder durch eine unterschiedliche Erwärmung der Objekte verursacht sind, müssen deshalb weitgehend unterdrückt werden.
    [0005] Die absolute Signalhöhe der Echosignal-Hüllkurve ist ebenfalls von der Temperatur des Mediums zwischen der Sende-Empfangseinrichtung und dem Objekt sowie von der Objekttemperatur abhängig. Temperaturgradienten wirken wie akustische Linsen und beeinflussen die Signalhöhe. Einen weiteren erheblichen Einfluß auf die Signalhöhe der Echosignal-Hüllkurve hat bereits eine leichte Verdrehung des Objekts gegenüber einer Normallage.
    [0006] Vorteile der Erfindung
    [0007] Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, daß die amplituden- und laufzeitunabhängige Signatur der Hüllkurve in einer signalverarbeitenden Anordnung ausgewertet wird. Ein Vergleich der ermittelten Signatur mit einer in einer Lernphase in einem Speicher der signalverarbeitenden Anordnung hinterlegten Soll-Signatur ermöglicht die Identifizierung von Objekten weitgehend unabhängig von Störeinflüssen wie beispielsweise sich ändernde Umweltbedingungen oder ein geringes Verdrehen der zu identifizierenden Objekte aus ihrer Normallage.
    [0008] Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen. In einem ersten Ausführungsbeispiel wird die Anzahl der relativen Hüllkurven-Maxima und/oder der relativen Hüllkurven-Minima ermittelt. In einem zweiten Ausführungsbeispiel werden die Verhältnisse zwischen aufeinanderfolgenden relativen Hüllkurven-Maxima und/oder aufeinanderfolgenden Hüllkurven-Minima ermittelt.
    [0009] In weiteren Ausführungsbeispielen werden Zeitverhältnisse ermittelt. Beispielsweise wird, das Verhältnis der Laufzeit von aufeinanderfolgenden relativen Hüllkurven-Maxima und/oder -Minima gebildet. Vorzugsweise werden die Abstände von aufeinanderfolgenden Maxima und/oder Minima ausgewertet. Ferner ist eine Objektidentifizierung durch Auswertung der Halbwertsbreite der Echosignal-Hüllkurve oder durch Ermitteln der Anstiegszeitkonstante zwischen einer ersten und zweiten relativen Amplitude der Hüllkurve möglich. Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen.
    [0010] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine selbständige Anpassung an unterschiedliche Echolaufzeit- und Echoamplitudenverhältnisse vorgesehen. In der Lernphase wird in der signalverarbeitenden Anordnung die ungefähre Echolaufzeit ermittelt, die bei der späteren Objektidentifizierung ausblendbar ist. Ebenfalls wird die Höhe der maximal zu erwartenden Echoamplitude ermittelt und über einen Regelverstärker so eingestellt, daß ein beispielsweise verwendeter Analog-Digital-Wandler mit voller Ausnutzung der Quantisierungsstufen arbeitet. Mit diesen Maßnahmen wird die bestmögliche zeitliche und wertmäßige Auflösung des Ultraschall-Echosignals erreicht.
    [0011] Die gemessenen Amplituden- und Laufzeitverschiebungen stehen auch für weitere Kontroll- oder Steuerungsaufgaben zur Verfügung.
    [0012] Zeichnung
    [0013] Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild von Sende-Empfangseinrichtungen und von einer signalverarbeitenden Anordnung und die Figuren 2 und 3 zeigen jeweils einen Signalverlauf einer Echosignal-Hüllkurve.
    [0014] Beschreibung der Ausführungsbeispiele
    [0015] In Figur 1 ist ein zu identifizierendes Objekt 10 gezeigt, das beispielsweise auf einem Transportband 11 angeordnet ist. Von einer ersten und zweiten Ultraschall-Sendeeinrichtung 12, 13 werden Ultraschall-Signale 14, 15 in Richtung auf das Objekt 10 abgestrahlt. Vom Objekt 10 werden Echosignale 16, 17 reflektiert, die von einer ersten und zweiten Empfangseinrichtung 18, 19 aufgenommen werden. Die beide Sendeeinrichtungen 12, 13 sind an einem Steuerteil 20 angeschlossen, das Zeitabschnitte zwischen den ausgesandten Ultra schall-Signalen und die Zeitdauer der Signale festlegt. Das Steuerteil gibt weiterhin Signale an eine signalverarbeitende Anordnung 21 ab. Die beiden Anfangseinrichtungen 18, 19 sind ebenfalls mit der signalverarbeitenden Anordnung 21 verbunden. In einer einfacheren Ausführung reicht bereits eine Sende- und Empfangseinrichtung aus. Eine Erweiterung durch weitere Sendeeinrichtungen mit den dazugehörigen Empfangseinrichtungen ist ebenfalls möglich. Die Erweiterung ist in Figur 1 mit den strichliniert eingetragenen Leitungen 22, 23 angedeutet. Die Verwendung von mehreren Sende- und Empfangseinrichtungen ergibt eine höhere Auflösung und vergrößert die Sicherheit bei der Identifizierung der Objekte 10, insbesondere dann, wenn die Signale 14, 15 mit unterschiedlichen Winkeln auf das Objekt 10 abgestrahlt werden.
    [0016] Die von den Empfangseinrichtungen 18, 19 aufgenommenen Echosignale gelangen über Regelverstärker 24 zu Digital-Analog-Wandler 25. Für jede Empfangseinrichtung 18, 19 ist ein separater Verstärker 24 und ein Analog-Digital-Wandler 25 vorgesehen. Die digitalisierten Signale werden in einer Recheneinheit 26 geeignet umgeformt und weiterverarbeitet. Anhand von Vergleichsoperationen, die mit Daten durchgeführt werden, die zuvor in einer Lernphase in einem Speicher 27 hinterlegt wurden, wird das Objekt 10 identifiziert. Eine Identifizieruhg wird beispielsweise über eine Anzeige 28 ausgegeben. Die Regelverstärker 24, die Analog-Digital-Wandler 25, die Recheneinheit 26 und der Speicher 27 sind in der signalverarbeitenden Anordnung 21 zusammengefaßt.
    [0017] Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Echosignal-Hüllkurven näher erläutert:
    [0018] Die in Figur 2 gezeigte Echosignal-Hüllkurve 30 entsteht beispielsweise durch Demodulation und anschließende Betragsbildung oder Quadrierung des von einer der Empfangseinrichtungen 18, 19 aufge nommenen Signals. Diese Signalvorverarbeitung ist beispielsweise in den Empfangseinrichtungen 18, 19 integriert. Der in Figur 2 gezeigte kontinuierliche Signalverlauf wird im Analog-Digital-Wandler 25 an ausreichend vielen Stützstellen abgetastet und als Zahlenwerte in die Secheneinheit 26 abgegeben. In einer Lernphase, bei der ein bekanntes Objekt 10 mit bekannter Position vorgegeben ist, wird die Amplitude der Hüllkurve mittels der Regelverstärker 24 an den zulässigen Eingangsspannungsbereich der Analog-Digital-Wandler angepaßt. Die Maximalamplitude 31 der Hüllkurve 30 wird auf einen Wert von 100 % normiert. In der Recheneinheit 26 werden die Maxima 31 - 33 sowie die Minima 34, 35 der Hüllkurve 30 ermittelt.
    [0019] In einem ersten Ausführungsbeispiel werden als amplituden- und laufzeitunabhängige Signatur der Echosignal-Hüllkurve 30 die Anzahl der Maxima 31 - 33 und/oder der Minima 34, 35 bestimmt, die bereits eine Identifizierung von Objekten 10 ermöglicht. Als ein weiteres Auswertekriterium werden die Verhältnisse der relativen Amplituden von aufeinanderfolgenden Maxima 31, 32 bzw. 32, 33 und/oder die Verhältnisse der relativen Amplitude von aufeinanderfolgenden Minima 34, 35 gebildet. Ferner ist es möglich, die Verhältnisse der relativen Amplituden von aufeinanderfolgenden Maxima und Minima 31, 34 bzw. 32, 35 und/oder die Verhältnisse der relativen Amplituden von aufeinanderfolgenden Minima und Maxima 34, 32 bzw. 35, 33 zu bilden. Unabhängig von der Auswertung des Signaturmerkmals der relativen Amplituden der Maxima und Minima kann zusätzlich eine Auswertung von Zeitverhältnissen vorgesehen sein, die anhand der Figur 3 näher erläutert werden:
    [0020] In Figur 3 ist eine Hüllkurve 40 gezeigt, die beispielsweise der in Figur 2 gezeigten Hüllkurve 30 entspricht. Die relative Amplitude des Hauptmaximums 41 der Hüllkurve 40 ist normiert auf einen Wert von beispielsweise 100 %. Neben dem Maximum 41 weist die Hüllkurve 40 weitere relative Maxima 42, 43 sowie relative Minima 44, 45 auf. Ausgewertet werden die Verhältnisse der zeitlichen Abstände 46, 47 zwischen aufeinanderfolgenden Maxima 41, 42 bzw. 42, 43 sowie die Verhältnisse der Zeitabstande 48, 49 von aufeinanderfolgenden Maxima und Minima 41, 44 bzw. 42, 45 und/oder die Verhältnisse der Zeitabstände 50, 51 zwischen aufeinanderfolgenden Minima und Maxima 44, 42 bzw. 45, 43. Neben den aufgeführten Beziehungen sind weitere Verhältnisbildungen von Zeitabständen möglich.
    [0021] Unter Einbeziehung der Signallaufzeit 52 sind weitere Verhältnisbildungen von Zeiten möglich. Die Signallaufzeit 52 wird gerechnet vom Ende des von den Sendeeinrichtungen 12, 13 ausgesandten Ultraschall-Signals bis zum Beginn der Echosignal-Hüllkurve 40, die die erste Quantisierungsstufe 53 erreicht hat. Die Signalende-Information gelangt von der Steuerschaltung 20 direkt in die signalverarbeitende Anordnung 21. Wesentlich ist auch hier, daß der Absolutwert der Laufzeit nicht in das Ergebnis eingeht, da lediglich Zeitverhältnisse gebildet werden. Verhältnisse sind bildbar zwischen den Signallaufzeiten 54, 56, 58 zu den Maxima 41 - 43 und/oder zwischen den Signallaufzeiten 55, 57 zu den Minima 44, 45 sowie zwischen den Signallaufzeiten 54 bis 58 zu den Maxima 41 - 43 bzw. Minima 44, 45.
    [0022] Ein weiteres Signaturmerkmal ist die Anstiegszeit der EchosignalHüllkurve 40 zwischen einem ersten relativen Amplitudenwert 60 und einem zweiten relativen Amplitudenwert 61.
    [0023] Ferner ist es möglich, das Verhältnis des normierten Hauptmaximtims 31, 41 der Hüllkurve 30, 40 und der normierten Fläche zwischen der Zeitachse T und der Hüllkurve 30, 40 als Signaturmerkmal zu verwenden.
    [0024] Bei der Verarbeitung der Echosignal-Hüllkurve 30, 40 in der Recheneinheit 26 wird die in der Lernphase ermittelte Signallaufzeit 52 als Totzeit ausgeblendet. Der Vorteil dieser Maßnahme liegt in einer Speicherplatzreduzierung, da die empfangene Hüllkurve 30, 40 vor den Auswerte- und Vergleichsoperationen in einen Zwischenspeicher geladen wird.
    [0025] Unterschiede von Absolutlaufzeiten und Absolutamplituden der Ultraschallechos zwischen Arbeits- und Lernphase lassen unabhängig von der Objektidentifizierung Rückschlüsse auf Umgebungstemperatur und auf eine leichte Verdrehung der Objekte zu.
    权利要求:
    ClaimsAnsprüche
    1. Verfahren zum Identifizieren von Objekten, wobei wenigstens eine Sendeeinrichtung nach vorgebbaren Zeitabständen Ultraschall-Signale mit vorgebbarer Zeitdauer abstrahlt und wenigstens eine UltraschallEmpfangseinrichtung die von einem zu identifizierenden Objekt reflektierten Signale aufnimmt und mit einer der Empfangseinrichtung nachgeschalteten Anordnung, welche die empfangenen Signale verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein amplituden- und laufzeitabhängiges Signaturmerkmal der Hüllkurve (30, 40) der von dem zu identifizierenden Objekt (10) reflektierten Signale (16, 17) in der signalverarbeitenden Anordnung (21) mit einem Signaturmerkmal verglichen wird, das während einer Lernphase in einem Speicher (27) hinterlegt wurde.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Hüllkurven-Maxima (31, 32, 33; 41, 42) und/oder die Anzahl der Hüllkurven-Minima (34, 35; 44, 45) als Signaturmerkmale verwendet werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse der Amplituden von aufeinanderfolgenden Maxima (31, 32; 32, 33; 41, 44; 42, 43) und/oder von aufeinanderfolgenden Minima (34, 35; 44, 45) als Signaturmerkmale verwendet werden.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse der Amplituden aufeinanderfolgender Maxima und Minima (31, 34; 32, 35; 41, 44; 42, 45) und/oder die Verhältnisse der Amplituden aufeinanderfolgender Minima und Maxima (34, 32; 35, 33; 44, 42; 45, 43) als Signaturmerkmale verwendet werden.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Laufzeiten von aufeinanderfolgenden Hüllkurven-Maxima (31, 32; 32, 33; 41, 42; 42, 43) und/oder Hüllkurven-Minima (34, 35; 44, 45) als Signaturmerkmale verwendet werden.
    6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Laufzeiten von aufeinanderfolgenden Maxima und Minima (31, 34; 32, 35; 41, 44; 42, 45) und/oder von aufeinanderfolgenden Minima und Maxima (34, 32; 35, 33; 44, 42; 45, 43) als Signaturmerkmale verwendet werden.
    7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbwertsbreite der Hüllkurve (30, 40) als Signaturmerkmale verwendet wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstiegszeitkonstante der Hüllkurve (30, 40) zwischen einer ersten und zweiten Amplitude (60, 61) als Signaturmerkmal verwendet wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des normierten Hauptmaximums (31, 41) der Hüllkurve (30, 40) und der normierten Fläche der Hüllkurve (30, 40) als Signaturmerkmal verwendet wird.
    10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Lernphase ermittelte Laufzeit als Totzeit von der signalverarbeitenden Anordnung (21) ausgeblendet wird.
    11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Lernphase ermittelte maximale Amplitude des reflektierten Signals (16, 17) mit einem Regelverstärker (24) an den Arbeitsbereich eines Digital-Analog-Wandlers (25) angepaßt wird.
    12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sende- und Empfangseinrichtungen (12, 13; 18, 19) mit unterschiedlichen Winkeln der abgestrahlten und empfangenen Signale (14, 15; 18, 19) zum Objekt (10) verwendet werden.
    13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus Unterschieden von Absolutlaufzeiten und/oder Absolutamplituden der Ultraschallechos zwischen Arbeits- und Lernphase Rückschlüsse auf die Umgebungstemperatur gezogen werden.
    14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus Unterschieden von Absolutlaufzeiten und/oder Absolutamplituden der Ultraschallechos zwischen Arbeits- und Lernphase Rückschlüsse auf eine leichte Verdrehung der Objekte (10) gezogen werden.
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    优先权:
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