DE102011009463A1 - Device for determining position of objects e.g. tools, in manufacturing industry, has computing unit computing exact position of light source using data that is received from camera or light sensor, where source is arranged on object - Google Patents

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    • G01S5/163—Determination of attitude

Abstract

The device has a camera or light sensor (5) provided with an optical bandpass filter (3). A light source (2) i.e. LED, is arranged on an object (1). A computing unit computes an exact position of the light source using the data that is received from the camera or the light sensor, where the exact position of the light source corresponds to an exact position of the object. The filter comprises a narrow or broad flash spectrum. A light spectrum of the light source is freed from unwanted flash spectra by the filter before impinging on an image sensor of the camera or the light sensor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung von einem Objekt, die Kameras oder Lichtsensoren mit optischen Bandpassfiltern, Lichtquellen auf dem Objekt und eine Recheneinheit umfasst.The present invention relates to a device for determining the position of an object, comprising cameras or light sensors with optical bandpass filters, light sources on the object and a computing unit.

Die genaue Bestimmung der Position von Objekten in der industriellen Fertigung ist eine sehr nützliche und notwendige Gegebenheit. Die Kenntnis der Koordinaten der Werkzeuge und Werkstücke kann zur Qualitätssteigerung und Minimierung von Produktionskosten beitragen. So muss zum Beispiel beim Verschrauben von Zylinderköpfen die Reihenfolge der Schrauben eingehalten werden, damit keine Spannungen im Zylinderkopf entstehen und die Zylinderkopfdichtung gleichmäßig eingeklemmt wird.The exact determination of the position of objects in industrial production is a very useful and necessary fact. Knowing the coordinates of the tools and workpieces can increase quality and minimize production costs. For example, when screwing cylinder heads, the order of the bolts must be maintained so that no tension occurs in the cylinder head and the cylinder head gasket is evenly clamped.

Momentan gibt es mehrere Möglichkeiten die Position von einem Objekt zu bestimmen:
Mechanisch, zum Beispiel mit Drehgebern und Wegsensoren. Der Nachteil bei dem Verfahren ist, dass das System an eine Vorrichtung gebunden ist und mechanische Bauteile störend sind.There are currently several ways to determine the position of an object:
Mechanically, for example with encoders and displacement sensors. The disadvantage of the method is that the system is tied to a device and mechanical components are disruptive.

Positionsbestimmung durch Laufzeitdifferenz, zum Beispiel Global Positioning System (GPS) oder Ultraschall. Der Nachteil bei Funk ist, dass mit den, auf dem Markt verfügbaren, elektronischen Bauteilen die erreichbare Auflösung (ca. 50 cm) zu klein ist und meistens nicht ausreicht. Ein Ultraschallpositionsbestimmungssystem wird vom Schall beeinflusst der von den Pneumatikgeräten, die bei der Produktion verwendet werden, ausgeht.Position determination by transit time difference, for example Global Positioning System (GPS) or ultrasound. The disadvantage with radio is that with the electronic components available on the market, the achievable resolution (about 50 cm) is too small and usually not sufficient. An ultrasonic positioning system is influenced by the sound emanating from the pneumatic equipment used in production.

Positionsbestimmung nach dem optischen Verfahren mit einer Kamera die nach bestimmten, vorher aufgenommenen Mustern oder Objekten sucht. Dieses Verfahren ist sehr störungsanfällig, zum Beispiel durch schlechten Kontrast, schlechte Beleuchtung und Fremdeinstrahlung.Positioning according to the optical method with a camera looking for certain, previously recorded patterns or objects. This method is very susceptible to interference, for example due to poor contrast, poor lighting and external radiation.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht die Position von Objekten genau und störungsfrei zu bestimmen.The object of the invention is therefore to provide a device which makes it possible to determine the position of objects accurately and without interference.

Die Lösung der Aufgabe liegt in dem Zusammenwirken von einer/mehreren Lichtquellen auf einem Objekt, einer/mehreren Kameras oder Lichtsensoren mit optischen Bandpassfiltern und einer Recheneinheit.The solution to the problem lies in the interaction of one / more light sources on an object, one / more cameras or light sensors with optical bandpass filters and a computing unit.

Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung von einem Objekt mit Lichtquellen zur Verfügung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine oder mehrere Kameras oder Lichtsensoren mit optischen Bandpassfiltern, eine oder mehrere Lichtquellen auf einem Objekt, eine Recheneinheit zur Berechnung der genauen Position der Objekte mit Lichtquellen aus den von einer oder mehreren Kameras oder Lichtsensoren erhaltenen Daten umfasst.Accordingly, the present invention provides a device for determining the position of an object with light sources, which is characterized in that it comprises one or more cameras or light sensors with optical bandpass filters, one or more light sources on an object, a computing unit for calculating the exact position of the object Objects comprising light sources from the data obtained from one or more cameras or light sensors.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung lässt sich folgender Maßen beschreiben:
Ein Objekt mit einer Lichtquelle befindet sich in einem von der Kamera oder Lichtsensor einsehbaren Bereich. Das Objekt mit der Lichtquelle kann sich bewegen oder stehen. Das Licht von der Lichtquelle wird durch den optischen Bandpassfilter, welcher vor dem Objektiv der Kamera oder Lichtsensor installiert ist, von der Fremdeinstrahlung befreit und zum Bildsensor der Kamera oder zum Lichtsensor durchgelassen. Die Daten der Kamera oder des Lichtsensors werden an die Recheneinheit übertragen und dort die genaue Position des Objekts mit der Lichtquelle berechnet. Die berechneten Koordinaten können für verschiedene Aufgaben verwendet werden. Zum Beispiel für die Darstellung der Bewegung des Objektes im Raum oder auf einer Fläche. Die Koordinaten können zum Beispiel auch für die Überwachung von Schraubvorgängen benutzt werden. Fall es Bereiche gibt die von einer Kamera oder Lichtsensor nicht einsehbar sind, können zusätzliche Kameras oder Lichtsensoren eingesetzt werden.The mode of operation of the device can be described as follows:
An object with a light source is located in an area visible by the camera or light sensor. The object with the light source can move or stand. The light from the light source is removed by the optical bandpass filter, which is installed in front of the lens of the camera or light sensor, from the foreign radiation and transmitted to the image sensor of the camera or to the light sensor. The data of the camera or the light sensor are transmitted to the arithmetic unit and there calculates the exact position of the object with the light source. The calculated coordinates can be used for different tasks. For example, for the representation of the movement of the object in space or on a surface. The coordinates can also be used, for example, for monitoring screwing operations. If there are areas that can not be seen by a camera or light sensor, additional cameras or light sensors can be used.

Als Nächstes wird ein Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.Next, an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

Beigefügte Zeichnungen:Attached drawings:

1: Eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Lichtquelle 1 : A representation of the device according to the invention with light source

2: Eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Light Emmiting Diode (LED) 2 : A representation of the device according to the invention with Light Emmiting Diode (LED)

3: Eine 3D Ebenendarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 : A 3D plane representation of the device according to the invention

4: Eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur genauen Positionsbestimmung im Raum 4 : A representation of the device according to the invention for accurate position determination in space

Auf einem Objekt (1 (1)) ist eine Lichtquelle (1 (2)) befestigt die in einem bestimmten Lichtspektrum Lichtstrahlen (1 (6)) emittiert. Vor der Kamera (1 (5)) oder einem Lichtsensor (1 (5)) ist ein optisches Bandpassfilter (1 (3)) montiert, dessen Durchlassbereich dem Lichtspektrum der Lichtquelle entspricht. So gelangt hauptsächlich das Licht von der Lichtquelle in die Kamera oder Lichtsensor. Die störenden Lichtstrahlen (1 (7)(8)) werden vom optischen Bandpassfilter zum größten Teil nicht durchgelassen. Als Lichtquelle eignet sich eine LED (2 (2)) besonders gut. Da jede Kamera ein Bildsensor (1 (5)) bzw. ein Lichtsensor (1 (5)) enthält, erscheint das Licht von der Lichtquelle darauf als ein helles Fleck. Der Fleck erstreckt sich über bestimmte Anzahl von Pixeln (1 (11)) des Bildsensors. Bereiche des Bildsensors auf die kein Licht von der Lichtquelle fällt bleiben dunkel. Und so kann der helle Bereich auf dem Bildsensor mit Hilfe der Recheneinheit berechnet werden. Durch weitere Berechnungen unter Berücksichtigung geometrischer Zusammenhänge wird die Position der Lichtquelle im Raum (4 (9)(10)) oder auf einer Fläche (3 (1)) bestimmt. Da die Lichtquelle auf einem Objekt befestigt ist, so ist die Position der Lichtquelle gleichzeitig die Position des Objektes.On an object ( 1 ( 1 )) is a light source ( 1 ( 2 )) fixes the light beams (in a certain light spectrum) 1 ( 6 )). In front of the camera ( 1 ( 5 )) or a light sensor ( 1 ( 5 )) is an optical bandpass filter ( 1 ( 3 )) whose passband corresponds to the light spectrum of the light source. This is how the light from the light source mainly reaches the camera or the light sensor. The disturbing light rays ( 1 ( 7 () 8th )) are for the most part not transmitted by the optical bandpass filter. The light source is an LED ( 2 ( 2 )) very good. Because every camera has an image sensor ( 1 ( 5 )) or a light sensor ( 1 ( 5 )), the light from the light source appears thereon as a bright spot. The spot extends over a certain number of pixels ( 1 ( 11 )) of the image sensor. Areas of the image sensor to which no light falls from the light source remain dark. And so the bright area on the image sensor can be calculated with the help of the arithmetic unit. By further calculations taking into account geometric relationships, the position of the light source in space ( 4 ( 9 () 10 )) or on a surface ( 3 ( 1 )) certainly. Since the light source is mounted on an object, the position of the light source is at the same time the position of the object.

Claims (13)

Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Objekten mit Lichtquellen durch Kameras oder Lichtsensoren mit optischen Bandpassfiltern, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kamera oder Lichtsensor mit optischen Bandpassfilter, eine Lichtquelle auf einem Objekt, eine Recheneinheit zur Berechnung der genauen Position der Lichtquelle aus den von einer Kamera oder einem Lichtsensor erhaltenen Daten umfasst.Device for determining the position of objects with light sources by cameras or light sensors with optical bandpass filters, characterized in that it comprises a camera or light sensor with optical bandpass filter, a light source on an object, a computing unit for calculating the exact position of the light source from the camera or a Includes light sensor data received. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kameras oder Lichtsensoren mit optischen Bandpassfiltern, eine Lichtquelle auf einem Objekt, eine Recheneinheit zur Berechnung der genauen Position der Lichtquelle aus den von mehreren Kameras oder mehreren Lichtsensoren erhaltenen Daten umfasst.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of cameras or light sensors with optical bandpass filters, a light source on an object, a computing unit for calculating the exact position of the light source from the data obtained from a plurality of cameras or multiple light sensors. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kamera oder Lichtsensor mit optischen Bandpassfilter, mehrere Lichtquellen auf einem Objekt, eine Recheneinheit zur Berechnung der genauen Position der Lichtquellen aus den von einer Kamera oder einem Lichtsensor erhaltenen Daten umfasst.Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a camera or light sensor with optical bandpass filter, a plurality of light sources on an object, a computing unit for calculating the exact position of the light sources from the data obtained from a camera or a light sensor. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Kameras oder Lichtsensoren mit optischen Bandpassfiltern, mehrere Lichtquellen auf einem Objekt, eine Recheneinheit zur Berechnung der genauen Position der Lichtquellen aus den von mehreren Kameras oder mehreren Lichtsensoren erhaltenen Daten umfasst.Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a plurality of cameras or light sensors with optical bandpass filters, a plurality of light sources on an object, a computing unit for calculating the exact position of the light sources from the data obtained from a plurality of cameras or multiple light sensors. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genaue Position der Lichtquelle der genauen Position des Objektes entspricht, auf dem die Lichtquelle befestigt ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the exact position of the light source corresponds to the exact position of the object on which the light source is mounted. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtspektrum der Lichtquelle durch ein optisches Bandpassfilter von den unerwünschten Lichtspektren befreit wird bevor es auf den Bildsensor der Kamera oder den Lichtsensor auftrifft.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light spectrum of the light source is freed by an optical bandpass filter of the unwanted light spectra before it impinges on the image sensor of the camera or the light sensor. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzte Lichtquelle ein schmales Lichtspektrum hat.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source used has a narrow light spectrum. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzte Lichtquelle ein breites Lichtspektrum hat.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source used has a wide light spectrum. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eingesetzte optische Bandpassfilter ein schmales Lichtspektrum hat.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the optical bandpass filter used has a narrow light spectrum. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eingesetzte optische Bandpassfilter ein breites Lichtspektrum hat.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the optical bandpass filter used has a broad light spectrum. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Anbringen mehrerer Lichtquellen auf einem Objekt, die Lage des Objekts bestimmt wird.Device according to one of the preceding claims, characterized in that by attaching a plurality of light sources on an object, the position of the object is determined. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Anordnung der Kameras oder Lichtsensoren so gestaltet ist, dass eine genaue Positionsbestimmung möglich ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the geometric arrangement of the cameras or light sensors is designed so that an accurate position determination is possible. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Lichtquelle um eine Light Emmiting Diode (LED) handelt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source is a light emitting diode (LED).
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