专利名称：用于对物体进行姿态确定和/或控制的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及高频技术。特别是，本发明涉及一种用于对物体进行姿态确定和/或控制的系统。
背景技术：
物体的姿态确定和/或控制不仅在例如借助于机器人的生产过程的自动化中，而且在工件的控制中发挥重要的作用。在借助于机器人的这种自动化生产过程的范围中，例如物体的姿态常常对机器人能够快速拾取物体、正确加工物体和/或将物体与其他部件连接来说是至关重要的。在这里不具有在机器人编程中规定的姿态的物体不能被拾取或者只能在需要相当大的时间和技术耗费的更加困难的条件下被拾取。因此，对于在手动加工或者控制工序之前和之后没有额外地为物体的百分之百的再定位和/相同存放做准备的手动的中间加工或者控制，只能在更加困难的条件下整合到相应生产中。同样地，在这种高度自动化的生产中具有重要意义的是，至少在生产内的一些点上设置控制点，通过这些控制点来确保例如在由多个元件装配成的物体中所有元件相对于相应的其它元件具有正确的位置。这种控制目前主要是借助于适当设置的有视频支持的模式识别系统来实现。尽管这些模式识别系统可靠地起作用，但是需要的技术耗费相当高并且此外这些系统还一般不能进行故障分析，例如关于多个元件中的某个元件安装错误或者甚至是缺失，而它们只是确定已装配好的物体是符合规定模式(OK)还是不符合规定模式(FAIL)。高频收发器在现有技术中尤其是以RFID标记或者说RFID标签(射频识别标签)的形式为人所知。这种标记或者说标签不仅已广泛地应用于制造中，例如用于对生产过程的跟踪和/或控制，而且还广泛地应用于消费品贸易中，例如用于跟踪物流，用于实时验证或者类似情况。此外，DE 10 2007 062 843 Al示出了一种系统，利用该系统，借助于具有方向特性的合适接收系统，考虑将由RFID标签发出的电磁信号用于确定标签的位置或者跟踪其运动。在DE 10 2006 029 122 Al中描述了基于设置在医疗器械上的RFID标签对医疗器械进行位置确定。在这些已知系统中已经表明，它们除了简单地确定RFID标签的位置之外只提供少量或者没有提供其他相关信息。
发明内容
鉴于该背景，本发明的目的是，提供一种用于对物体进行姿态确定和/或控制的系统，该系统至少部分改善了已知系统并且特别是实现了对检测到的位置或姿态信息进行至少是部分自动化的评价。该目的及其它目的是通过一种具有权利要求1的特征的对物体进行姿态确定和/或控制的系统得以解决。根据本发明的系统的优选应用是权利要求17的内容。优选实施方式是相应从属权利要求的内容。 据此，一种根据第一方面的相对于物体对至少一个高频收发器进行位置和/或姿态确定的系统具有至少一个第一接收天线，该接收天线被设置成，它可以接收由至少一个高频收发器发出的高频信号，其中，高频收发器位置和方向固定地设置在物体之上或之中；以及具有至少一个第一发射天线，该发射天线被设置成发出至少一个频带的高频信号，这些高频信号被设计成用于由所述至少一个高频收发器接收并且因此又引发由所述至少一个高频收发器发出高频信号。此外，根据本发明的系统具有至少一个第一天线信号处理装置，该第一天线信号处理装置与所述至少一个第一接收天线连接并且被设置成对由所述至少一个接收天线接收的高频信号进行评价，以由此相对于物体和/或至少一个预先给定的参考点确定进行发射的相应的高频收发器的空间位置和/或姿态以及标志；以及具有至少一个数据处理装置，该数据处理装置与所述第一天线信号处理装置至少间接地连接并且从该第一天线信号处理装置通过传送获得关于进行发射的相应的高频收发器的位置、姿态和/或标志。根据本发明，在与所述至少一个数据处理装置处于数据通信的第一存储装置中规定了数据结构，该数据结构包含物体的部分虚拟表示，以及关于所述至少一个高频收发器的位置和/或姿态及其标志的信息与物体的虚拟表示一起或者相关联地存储在存储装置中，以及相对于所述至少一个高频收发器的位置和/或姿态对所述虚拟表示的参考系进行定义。在这里，所述虚拟表示优选是物体的外部几何参数的至少一部分的电子描述，优选是物体表面的三维定义，或者是规定点(所谓的兴趣点)选择，这些点位于物体之上或之中的预先给定的位置上并且在这种情况下，物体的精确外部形状不必是已知的，而是为了实施本发明这个目的，物体的这种部分虚拟表示就已足够了。在本说明书中，物体或者高频收发器的位置和/或姿态是指适合用于清楚地定义相应物体的所有自由度、即空间位置及其空间方向以及必要时与相应物体的虚拟表示相关联地清楚地定义相应物体的外部轮廓的至少一部分的任何信息。一种根据第一方面设计的根据本发明的系统具有这样的优点，即，该系统不是只可以相对于接收天线和/或至少一个预先给定的参考点确定高频收发器或者说其天线的空间位置和/或姿态，而是建立已确定的高频收发器的位置和/或姿态与物体的虚拟表示之间的正确且任何时候都可再现的几何关系，特别是对于高频收发器的正确的位置和/或姿态在测量之前是未知的情况。因此，借助于高频收发器唯一地定义了所述虚拟表示的几何参考系并且同样也唯一地定义了物体的几何参考系。一种根据本发明的第二方面的用于对至少一个物体进行位置和/或姿态确定和/或控制的系统具有至少一个第二接收天线，该第二接收天线被设置成，借助于该接收天线能够接收由至少一个高频收发器发出的高频信号，其中，该高频收发器位置和方向固定地设置在为位置和/或姿态确定和/或控制而规定的物体之上或之中；以及具有至少一个第二发射天线，该第二发射天线被设置成发出至少一个频带的高频信号，这些高频信号被设计成用于由所述至少一个高频收发器接收并且因此又引发通过所述至少一个高频收发器发出高频信号。至少一个第二天线信号处理装置与所述至少一个第二接收天线连接，该第二天线信号处理装置被设置成对由所述至少一个第二接收天线接收的高频信号进行评价，以由此相对于所述至少一个第二接收天线和/或至少一个预先给定的参考点确定进行发射的相应的高频收发器的空间位置和/或姿态以及标志。至少一个数据处理装置与所述第二天线信号处理装置连接，该数据处理装置至少间接地且由此通过传送获得关于进行发射的相应的高频收发器的位置、姿态和/或标志的信息。根据本发明，在与所述至少一个数据处理装置处于数据通信的第一存储装置中规定数据结构，该数据结构至少包含物体的部分虚拟表示以及包含关于具有预先给定的标志的所述至少一个高频收发器的位置和/或姿态的信息，其中，具有预先给定的标志的所述至少一个高频收发器的位置和/或姿态定义了所述虚拟表示的参考系。所述至少一个数据处理装置基于由所述第二天线信号处理装置获得的关于所述至少一个高频收发器的位置和/或姿态的信息，至少是位置和/或姿态正确地相对于所述至少一个第二接收天线和/或预先给定的参考系输出物体的虚拟表示，和/或输出能够用来相对于所述至少一个第二接收天线和/或预先给定的参考点确定物体的绝对位置和/或姿态的信息，和/或输出反映所述物体的实际位置和/或姿态与所述物体的规定位置和/或姿态的偏差的变换信息。因此，通过这种与根据第一方面的根据本发明的系统对应的根据第二方面的根据本发明的系统，仅仅基于对所述至少一个高频收发器的位置和/或姿态的测量，在已知借助于根据本发明的第一方面的系统存储在存储装置中的信息的情况下，不仅可以绝对地而且可以相对地又对物体进行唯一的位置和/或姿态确定。物体的位置和姿态确定在这里只以很低的费用、快速地、几乎随意精确地以及此外还非常可靠地进行。在这里，具有特别重要意义的是，借助于根据第一方面的根据本发明的系统被测量一次的物体(它的至少一个高频收发器位于物体之上或之中的任意位置上)可以仅通过以下方式始终位置和/或姿态正确地用于多个取决于物体的位置和/或姿态的工艺和/或过程:数据处理装置向工艺或者过程控制装置输出允许工艺或过程控制装置绝对地或者相对地确定物体的位置和/或姿态的信息。存储在存储装置中的关于物体的虚拟表示以及所述至少一个高频收发器的位置和/或状态和与之有关的参考系定义的信息在这里可以简单且快速地在不同数据处理装置之间进行交换，并且因此关于物体的基于其标志可唯一地识别的特定的高频收发器的具体姿态的信息也可以简单且快速地在不同数据里装置之间进行交换，进而物体的参考系的信息也可以简单且快速地在不同数据处理装置之间进行交换。高频收发器位置和/或姿态准确地设置在物体之上或之中是一个复杂的工艺，该工艺的精确度可能对随后的工艺和/或处理步骤的结果或可靠性有很大的影响。本发明的特征现在在于，高频收发器设置在物体之上或之中可以随机地进行，也就是说它们相对于物体的位置和/或姿态可以任意选取。例如可以，在造型工艺中，比如在塑料铸造中，在原材料和/或铸造模具中就已设置了高频收发器，这些高频收发器在造型工艺期间随机地设置在物体之上和/或之中。随后在完成之后，对高频收发器的位置和/或姿态进行测量，优选在物体仍位于模具中时进行，并且基于此在根据本发明的第一方面的存储装置内对物体的虚拟表示的参考系进行定义。如果这还是在模具中进行，优选只存在这样的必要性，即相对于接收天线确定高频收发器的位置，因为该接收天线相对于模具具有预先给定的位置和/或姿态。作为对此的替代或者附加，存在这样的可能性，相对于至少一个预先给定的参考点测量高频收发器的位置和/或姿态，其中，该参考点优选地与物体的位置和/或姿态具有预先给定的或者固定的位置和/或姿态关系。因此，就此而言也存在对根据本发明的第一方面的物体的虚拟表示的参考系进行定义的可能性。这样实施的对所述虚拟表示的参考系的定义随后可以通过用于输出数据和/或信息的本发明的第二方面，通过数据处理装置被考虑，以在多个随后的工艺和/或处理步骤中分别通过一个根据本发明的第二方面的系统绝对地和/或相对地确定物体的精确位置和/或姿态。因此，克服了在对物体的精确定位和/或再定位的必要性方面，例如在通过机器人的抓起时的现有技术的已知问题，因为相应的工艺和/或处理机器能够基于对物体的精确位置和/或姿态的已知而考虑与规定位置的偏差。为此，在本发明的第二方面的一种优选的实施方式中，数据处理装置与至少一个工艺和/或处理机器的至少一个控制装置和/或检验装置连接，其获得由数据处理装置输出的数据或者信息，以及其中，从数据处理装置获得的数据或者信息对控制装置或者检验装置的控制或者检验程序进行影响，使得控制或者检验程序根据物体实际位置和/或姿态被调整。这例如可以通过使用转换成控制程序的控制信号的适当变换来进行，使得例如预先给定的轨迹通过变换，根据物体的实际位置和/或状态被调整和/或对于在物体的规定位置和实际位置之间的运动的控制指令被输送到控制装置上。尽管在这里仅给出根据如利用根据本发明的第二方面的系统能确定的实际位置和/或姿态调整控制或检验装置的控制或者检验程序的几个例子，但是对于专业人员来说清楚的是，由数据处理装置输出的数据或者信息可以以各种方式被考虑用于根据具体地通过借助于根据本发明的第二方面的系统的测量预先发现的情况调整在各种各样的工艺和/或处理步骤中的这种装置的控制或者检验程序。在本发明的一种优选实施方式中，数据处理装置进行检验是否存在物体的实际位置和/或姿态与其规定位置和/或姿态的偏差并且输出结果值，该结果值以信号通知“有偏差”或“无偏差”。在本发明的一种优选实施方式中，数据处理装置与显示装置至少间接地连接，其中，优选地，由数据处理装置输出的位置和/或姿态正确的物体的虚拟表示和/或处于规定位置和/或姿态中的物体的虚拟表示和/或所述结果值通过显示装置以图形的方式和/或以可视的方式输出。这实现了由配备有根据本发明的装置的生产机器的操作人员简单地控制物体的位置和/或姿态以及在必要时也可以对于确定与物体的规定位置“有偏差”的情况进行手动干预。优选地，在这里为了简单目视观测的目的，至少部分以经颜色编码的可视输出形式，例如分别用绿色区域或绿色点和红色区域或红色点，通过输出文字结果消息(例如分别用“0K”和“FAIL”)的方式，和/或通过语音输出的方式输出结果值。在本发明的另一种实施方式中，替代地或者附加地，如果数据处理装置输出一个表示“无偏差”或者“有偏差”的信号作为结果值，则可以操纵或者不操纵调整元件和/或打开或者锁紧至少一个开关锁，优选是至少一个软件式开关锁。
以这种方式，例如可以确保只有能通过根据本发明的系统进行校正的物体的错误定位才引起在物体上的进一步加工，相反地对于实际位置和/或姿态与规定位置和/或姿态存在通过调整控制和/或检验程序不再能够校正的很大偏差的情形，要么修改、停止、中断、取消进一步加工，要么输出信号，要么设置标记，和/或类似情况。在本发明的一种优选实施方式中，所述至少一个预先给定的参考点通过至少一个第二、优选是位置和/或姿态固定的高频收发器定义，该第二高频收发器的高频信号由相应的至少一个第一和/或第二接收天线接收，并且由此相对于相应的至少一个第一和/或第二接收天线和/或相对于所述物体确定所述至少一个高频收发器的位置和/或姿态。尽管预先给定的参考点优选通过高频收发器定义，也存在这样的可能性，在本发明中例如相对于基本上位置和姿态固定的加工模具进行定义，比如注塑模具、铸造模具、和/或类似模具，优选是在物体设置在这些模具中的期间进行定义，或者相对于配合孔、测量销、和/或类似部位(高频收发器的位置相对于这些部位进行确定)进行定义。在本发明的一种实施方式中，所述至少一个第一和/或第二接收天线由多个共同作用的接收天线的矩阵构成，其中，共同作用优选是通过至少一个第三天线信号处理装置和/或第一和/或第二天线信号处理装置进行控制。形式为矩阵的多个接收天线的这种共同作用确保了提高的接收天线矩阵的方向特性以及提高的几何分辨率以及特别是更加可靠的所有设置在天线矩阵的范围内的高频收发器的检测，即使在这些高频收发器的发射信号通过具有很大衰减作用的元件、比如金属物品被衰减的情况下也是如此。在接收天线的这种矩阵形式的布置方式中，此外也特别有利的是，通过所述至少一个数据处理装置，高频收发器的由多个接收天线记录的发射信号引起从不同方向对物体的位置和/或姿态进行多次测量，并且因此在由各个发射/接收系统确定的位置和/或姿态之间的偏差能够被识别并且在必要时被校正。在本发明的一种实施方式中，所述数据处理装置由多个共同作用的数据处理装置构成，其中，多个数据处理装置之间的数据通信优选借助于光学、无线电或电学数据连接而实现。特别是在这里固定的数据处理装置与移动数据处理装置的共同作用可以是有利的，特别是在数据处理的范围内大量数据需要处理或者需要存储的情况下。移动数据处理装置在这种情况下可以至少部分是用于固定的数据处理装置的一种输入/输出单元。在本发明的一种优选实施方式中，存储装置以常规的方式与数据处理装置连接，其中，数据处理装置与存储装置之间的数据通信优选是借助于光学、无线电和/或电学数据连接而实现。对此的替代或者附加，此外还在本发明的一种实施方式中，存储装置与高频收发器连接并且特别是设置在高频收发器中。优选地，存储在高频收发器的存储装置中的测量值或者信息然后作为数据记录合并到由高频收发器发出的高频信号中并且通过第一和/或第二天线信号处理装置评价并且传送到所述至少一个数据处理装置中。这产生了本发明的一种特别有利的设计方案，因为借此对于处理物体所需要的关于高频收发器在物体之上或之中的定位和/或存放进而物体的参考系定义的信息寄存在收发器本身之内并且可以由根据本发明的第二方面的根据本发明的接收系统读取并且进行处理。也就是说，与相应物体相关的信息在这种情况下不可分地与该物体相结合，但是在其内容方面仍可灵活且特别是在通过根据本发明的第一方面的系统检测和处理之后才唯一且持久地对应于物体。这使制造和生产过程具有很大灵活性，因为在不同数据处理装置之间不必进行数据交换(尽管这当然仍可以进行)，而是可以只基于存储在高频收发器的存储装置中数据和信息灵活地处理物体。优选地，所述至少一个第一和/或第二发射天线是所述至少一个第一和/或第二接收天线。尽管这一般来说看起来是有利的，但是必要时发射和接收系统的区域性分开也可能是有利的。例如，从能量方面看可能赞成将发射系统设计成与接收系统相独立。在本发明的一种实施方式中，所述至少一个第一和/或第二接收天线和/或所述至少一个第一和/或第二发射天线被设置成，它们可以在多个频带上接收或者发射，以及特别是所述至少一个第一和/或第二接收天线、所述至少一个第一和/或第二发射天线和/或所述第一、第二和/或第三天线信号处理装置被设置成，可以至少基本上同时或者频域可变地发射和/或接收在多个频带上的高频信号。通过这种设计方案，可以必要时以多阶段过程改善所述至少一个高频收发器的位置和/或姿态的确定，直到达到所确定的位置和/或姿态的期望精度。为此，例如首先在小的发射和/或接收频率，也就是在较大波长下确定所述至少一个高频收发器的位置和/或姿态，然后为了改善测量在较高的发射和/或接收频率，也就是较短的波长下对同一个高频收发器的位置和/或姿态至少进行一次确定。在这里，发射和/或接收频率不仅可理解为所述至少一个发射天线的发射频率，而且也可理解为所述至少一个高频收发器的发射频率，其中，接收频率同样不仅可以是所述至少一个接收天线的接收频率，而且也可以是所述至少一个高频收发器的接收频率。另一种可能方案提供了在测量期间对发射和/或接收频率的连续变化，从而通过由此得到(并且可测得)的在所述至少一个接收天线范围内的在很大程度上与距离和角度有关的相位和振幅，可以精确地确定至少一个高频收发器的位置和/或姿态。例如，在测量期间在相对较小的频率范围内对高频收发器的发射信号进行的所谓的搜寻(扫描)可以使高频收发器的位置和/或姿态的确定非常精确。所述至少一个发射和/或接收装置在根据本发明的系统中优选被实施为，实现在高kHz范围内同时地(同时并不是必要的)发射和/或接收频率，以及可选地且优选地在低、中和/或高MHz范围内，此外还优选地在低、中和/或高GHz范围内，以及此外还直到THz范围，直到远红外区域中的波长也可实现。这种频率范围可以通过在现有技术中已知的不同方式产生并且发射或者接收。但是优选的是，在使用多个发射和/或接收装置，也就是说由发射和/或接收天线与各自相应的天线驱动器和天线信号处理装置的联合体的情况下，这些发射和/或接收装置可以分别针对不同的发射和/或接收频率范围进行设计，使得例如负责较大范围的发射天线(包括相应的元件和接收装置在内)在MHz范围内工作,但同时只负责该范围的相对较小的子范围的天线矩阵(包括相应的元件和接收装置在内)在GHz范围内工作。基于相应的发射和/或接收装置工作所用的不同频率范围以及与之有关的物体、干扰元件等的各种影响进行检测。这种实施方式也允许在一致性方面对由不同发射和/或接收装置或者说系统确定的高频收发器的位置和/或姿态进行检查。就此而言，这不仅是冗余的位置和/或姿态确定的可能方案，而且此外还实现了根据需要对不同系统的测量进行验证并且就此而言实现了可信性检验，这特别是对于具有高要求的应用以及对于精度来说是有利的。作为建立在一定的频率范围内的发射和/或接收频率(也可动态变化)的示例性可能方案，只示例性地提到频率混合。重要的是，通过使用更高的发射和/或接收频率仅仅基于较短的波长以及与之有关的较高的测量精度和使用更加紧凑型天线的可能性，位置和/或姿态确定的精度就可增加，因此根据所需要的位置和/或姿态确定的精度，使用非常高的频率有时可以是有利的。在本发明的第二方面的一种实施方式中，所述虚拟表示包括关于所需要的对所述至少一个高频收发器的位置和/或姿态一致性精度的信息，其中，特别是，与优选在所述虚拟表示范围内的分别具有预先给定的标志的所述至少一个高频收发器的规定位置和/或姿态相关联地，分别给出关于所需要的在高频收发器的规定和实际位置和/或姿态之间的位置和/或姿态一致性精度的信息。替代地，关于所需要的在高频收发器的规定和实际位置和/或姿态之间的位置和/或姿态一致性精度的信息也可以与所述虚拟表示无关地进行存储，其中，通过高频收发器的相应的优选是唯一的标志，可以建立位置和/或姿态一致性的“匹配精度”与所述虚拟表示的相应的收发器的唯一的对应关系。因此，根据本发明的系统也提供这样的可能性，即对于通过分别设置在其之上或之中的高频收发器的标志能够被识别的一定的物体，允许规定和实际位置和/或姿态之间有较大的偏差。直至单个物体的水平这都可以实现。在一种优选实施方式中，所述至少一个数据处理装置与至少一个外部成像记录装置至少间接地连接，其中，成像记录装置优选是视频摄像机、红外线摄像机、伦琴射线摄像机或者回波记录器，以及特别优选地包括高分辨率的视频摄像机。在一种特别优选的实施方式中，成像记录装置被用于，在对物体或者设置在其之上或之中的高频收发器进行测量时通过使用所述系统，例如为了管理和/或控制目的而记录图像。优选地也可规定，由成像记录装置记录的图像在数据处理装置的显示装置上显示。优选地，至少一个通过外部成像记录装置记录的图像与物体的虚拟表示一起或者相关联地存储在存储装置中，其中，该图像在其存储之前可选地可以经过图像加工处理，特别是提高对比度、细化、边缘识别、裁剪或者类似操作，由此必要时可以增强在测量物体或者设置在其之上或之中的高频收发器时存在的记录情况的轮廓并且由此可以实现改善的在重放时的视觉感知。特别优选地，由图像记录装置记录的图像和/或存储的图像与由数据处理装置输出的且借助于显示器示出的数据和信息一起显示。这例如可以通过显示器按照所谓的“增强现实”类型实现，在该类型中，显示由图像记录装置实时拍摄的包含图元的视频图像，这些图元表示高频收发器的规定和/或实际位置和/或姿态。在本发明的一种特别优选的实施方式中，所述至少一个高频收发器具有用于检测物理和/或化学参数的器件，这些器件选自包含以下部件的组中:热敏传感器、压力传感器、湿度传感器、特别是用于检测特定化学物质的化学传感器、特别是用于检测可见光、UV、伦琴射线以及类似物的辐射传感器、用于测量时间的传感器及类似器件；以及具有存储由用于检测物理和/或化学参数的器件连续地或者在离散的时间点上确定的测量值的存储器件。优选地，存储在这些存储器件中的测量值或者说信息作为数据记录合并到由高频收发器发出的高频信号中并且由所述第一和/或第二天线信号处理装置评价并且传送到所述至少一个数据处理装置中。因此，通过根据本发明的系统，从借助于这些用于检测物理和/或化学参数的器件记录且存储在存储器件中的信息中，除了可获得高频收发器的位置和/或姿态信息以及标志之外，还可以获得主要是历史性质或者也可以是具体状态说明的大量数据和信息，还可以获得关于高频收发器直至测量时刻或者在测量时刻所受到的环境影响的情况。仅为示例性地提到了场景，在这些场景中，高频收发器的传感器在例如为2小时的时间段期间已测量并存储环境温度。这例如可以在传感器设置在制造碳纤维材料时所使用的织物垫上的情况下被用于获得关于在烘烤时存在的温度以及特别是随时间的温度变化的说明。这种信息对于质量控制有时具有很大的意义。类似地，也可通过以下方式检测物体的年龄:由用于测量时间的传感器检测到的时间段自从该传感器的激活开始，这优选可以是在借助于根据本发明的第一方面的系统对高频收发器进行测量时进行。在一种优选的根据本发明的系统中，使用RFID标记作为高频收发器，其中，该标记优选可以在多个频带中进行接收和发射以及除此之外还可以对标记进行编程。特别地，优选地使用无源的RFID标记，也就是说不具有形式为长寿命电池或者类似物的能量供给装置的这种标志。优选通过发射装置的电磁场给这种RFID标记供能，以便将其激活并且然后在必要时接收随后引起发出RFID标记的回答序列的指令。该回答序列可以包含由标记存储的信息，比如标志和其它通过事先编程存入的信息。根据本发明的系统用在大量的应用中，特别是用在物体或者人体(或人体部分)的精确位置和/或姿态是必需的并且必须进行检查的这样的应用中。特别地，根据本发明的一种系统用在对至少一个物体或者人体部分的定位和/或存放的控制中，其中，根据具体确定的物体或者人体部分的位置和/或姿态调整应用情况。这例如在机器人技术领域中具有很大的意义，在该领域中，物体的位置和/或姿态原则上必须总是相同的(例如在通过机器人抓取物体时)，以便在机器人和物体或者人体上都不会出现损坏。现在，本发明实现了，避免该要求，而是根据物体的具体位置单独地调整对机器人的控制。因此，以相当大的程度简化了工作前提条件。另一个应用领域在于相对地检测多个高频收发器或者物体，例如在进行有机器人辅助的零件接合时。但是，本发明也可以用在质量控制中，例如在碳纤维产品的控制中。在这里，具有高频收发器且其编织方向能通过收发器的位置和姿态被确定(也就是说织物垫的参考系由沿编织方向的高频收发器定义)的织物垫的姿态在最终产品中唯一地被检测(这也适用于位于内部的层)，以及因此可确保对于大量碳纤维部件所需的在部件的各个不同层中的编织方向的纤维定向的遵循。清楚的是，本发明的应用领域主要在于生产过程的管理和控制。因此，在随后的描述中对这种应用实例的个别情况进行详细阐明。但是，个别实施方式的描述明显不是对如前面所述的以及此外还有对于专业人员来说可得出的本发明的非常一般性的教导的限制。相反地，本发明及其实施方式还有大量的另外的应用情况。
本发明的特征和优点至少部分也由下面对本发明的各种实施方式的详细描述与附图和权利要求的相结合得出。附图中:图1不出了本发明的第一方面的一种实施方式在第一应用情况中的不意图；图2示出了本发明的第二方面的一种实施方式的应用情况的示意图3示出了本发明的第二方面的第二实施方式的另一种应用情况的示意图；图4又示出了本发明的第二方面的又一种实施方式的又一种应用情况的示意图。
具体实施例方式图1示意地示出了由顶料器侧部件2和喷嘴侧部件I构成的注塑机注塑模具，该注塑模具处于在容纳在注塑模具中且通过对模制件型腔进行注射而制成的物体10即将被顶出之前的打开状态下。为了清楚起见，注塑机的其它部件没有示出，但对于注塑技术的专业人员来说是已知的。如从图1中同样可见，在物体10上设置了高频收发器20。在这里的图示中，高频收发器20设置在物体10的表面区域中，但这只是多种设置中的一种而已。决定性的是，高频收发器的设置可以是任意的并且不必在预先给定的位置上进行。更确切地说，本发明正是提供了一种办法，以便可以精确且可靠地处理高频收发器任意设置在其中的物体。例如可想到的是，在注塑工艺所使用的原材料，也就是塑料颗粒材料中混入高频收发器，这些高频收发器当然应当被实施为它们能够承受在注塑工艺中产生的机械和热负荷，这些高频收发器然后在模制件型腔的注射期间任意地分布在物体中。于是，高频收发器的这种任意分布允许在使用根据第一和第二方面的根据本发明的系统的条件下与物体的位置和/或姿态无关地在随后的处理工艺中可靠地加工或者使用物体。但是，作为将高频收发器撒入原材料中的替代方案，也可以简单地将收发器插入注塑模具的模制件型腔中，其中，在这里不重要的是，收发器设置在型腔内的哪个位置上并且因此最终设置在物体中。通过本发明的第一方面，在任何所述情况中确保每个单个物体的参考系唯一地定义并且因此可以使用物体的至少是部分虚拟表示，以便在随后的处理工艺中能够可靠地检测物体的精确位置和/或姿态并且因此确保无故障的继续加工或者使用。在图1中所示的情况中，在模具在物体10即将从模制件型腔中被顶出之前处于打开状态的情况下，通过第一接收天线51和与之相连的第一天线信号处理装置52确定高频收发器20的位置和/或姿态。由于物体10在这个时间点还位于模具中并且因此处于相对于接收天线51定义的空间位置和姿态中，可以基于借助于接收天线51和第一天线信号处理装置52确定且随后与物体10的虚拟表示一起存储在存储装置中的高频收发器20的位置和/或姿态，物体相对于被测的高频收发器20的参考系的唯一定义也可以实现并且同样寄存在存储装置53中。因此，在已知存储在存储装置53中的信息的情况下，仅通过确定高频收发器20的位置和/或姿态总是能可靠地确定物体10的位置和/或姿态。在物体10的位置和/或姿态在高频收发器20的位置和/或姿态的测量期间不是处于相对于接收天线51定义的控制位置和姿态中的情况中，高频收发器20的位置和/或姿态的确定也可以相对于预先给定的参考点21进行，其中，该参考点优选通过另一个高频收发器21定义，该另一个高频收发器的位置和/或姿态在测量时通过接收天线51和第一天线信号处理装置52同样进行确定。预先给定的参考点21在这里同样具有相对于高频收发器21的定义的空间位置和姿态。也就是说，因此物体10相对于已测量的高频收发器20的参考系的唯一定义也可以实现并且寄存在存储装置53中，从而此后在已知存储在存储装置53中的信息的情况下，仅通过确定高频收发器20的位置和/或姿态总是能可靠地确定物体10的位置和/或姿态。在一种与图1不同的优选实施方式中，存储装置53与高频收发器20连接并且特别优选地设置在高频收发器20内。因此，在通过接收天线51和第一天线信号处理装置52对高频收发器20的位置和/或姿态进行检测之后，优选地已确定的位置和/或姿态信息以及由此通过数据处理装置54确定的与参考系定义以及必要时也与虚拟表示有关的信息通过射频传输借助于发射天线51传输到与高频收发器20连接的存储装置53并且存储在该存储装置中。但是，无论如何存储在存储装置53中的信息和数据与高频收发器之间存在唯一关系，其基于在分配给高频收发器本身的存储装置中的存储和/或对高频收发器的识别，这些唯一关系使存储在与数据处理装置相连的存储装置中的信息和数据，特别是所述虚拟表示、所述至少一个高频收发器的位置和/或姿态和/或物体的参考系定义，唯一地对应于相应的有关闻频收发器(进而对应于相应的有关物体)。图2示出了根据本发明的第二方面的一种优选实施方式的示例性应用情况。在这里简化地示出物体10通过机器人30的加工，其中，在加工步骤的输入侧100的物体10具有高频收发器20。然而，如从图2可得出，物体10在输入侧100的传送带上的位置和姿态偏离其规定位置11。在常规装置中，这可能在通过机器人30对物体10的加工中导致干扰，因为机器人的控制程序被设置成以物体10的正确定位和存放为出发点。也就是说，机器人30在没有采取另外的措施、例如根据本发明的这些措施的条件下不能抓住物体10。根据图2，机器人30的控制装置31与数据处理装置54连接并且可以从该数据处理装置获得数据和信息。机器人30的控制装置31借助于其控制程序用于对机器人部件进行运动控制，从而机器人30沿着预先给定的轨迹行驶并且可以进行规定的动作，例如抓住或放开物体。在所示的应用情况中，机器人30在输入侧100抓住物体10并且将该物体以相反的方向放到输出侧101的传送带上的为此规定的位置12上。当然，为了简化对本发明的描述，这只是通过机器人的处理的一种示例性形式并且对于专业人员来说清楚的是，借助于本发明必要时可简化任何形式的通过一个或多个机器人或其他装置对物体10的处理或加工。根据本发明，与第二天线处理装置52连接的接收天线51检测设置在物体10上的高频收发器20的位置和/或姿态以及标志，以及必要时除此之外还检测例如可以固定在空间中和/或设置在机器人30的臂上的高频收发器21的位置和/或姿态。可以在接收天线51之间存在空间固定关系且已知物体10的规定位置和姿态11以及存储在存储装置53中的信息和数据，特别是所述虚拟表示、至少一个高频收发器和所述参考系的情况下，仅从检测到的高频收发器20的位置和/或姿态唯一地确定在输入侧100的物体10的位置和姿态。此外，可以相对于位置固定地设置在空间中的用作参考点的高频收发器21确定物体10的绝对位置和/或姿态，和/或相对于设置在机器人的臂上的高频收发器21确定物体10的相对位置和/或姿态。也就是说以不同的方式，根据本发明的系统可以借助于存储在存储装置53中的信息，仅基于设置在物体10之上或之中的高频收发器20在空间中绝对地和/或相对于机器人的臂，由这样获得的信息确定物体10的精确的位置和/或姿态。因此，数据处理装置54可以相应的数据和信息传送到机器人30的控制装置31，该控制装置31此后可调整其控制程序，从而考虑与物体10的规定位置和姿态11有偏差的位置和/或姿态并且机器人30获得相应改变的控制指令，这些控制指令促使机器人也能正确且无故障地抓起并进一步处理这样存放的物体10。图3示出了本发明的另一种实施方式，处于与图2的应用情况对应的情况。倘若在图3中对所示元件没有做详细说明，在此可以参见对图2的描述。在这里规定，接收天线51设置在机器人30的臂上，而不是如在图2中设置在空间中。第二天线处理装置52在这里不仅可以同样设置在机器人之上或者之中，或者也可以与数据处理装置54构成一体。尽管在图3中所示为另外的情况，但当然同样地也可以将数据处理装置54包括其所有部件设置在机器人30的控制器31内。图3示出了如图2的实施方式的以一定方式简化的变型，因为在这里通过根据本发明的系统，利用设置在机器人30上的接收天线51可以直接相对于接收天线51确定高频收发器20的位置和/或姿态并且作为结果又可以调整控制装置31的用于控制机器人运动的控制程序。也就是说，在这种情况下，对于正确控制机器人30不需要已知物体10的规定位置，而是所述系统允许根据个别情况的给定条件连续地进行调整。此外，如果例如需要验证这样确定的相对位置和/或姿态或者确定物体在空间中的绝对位置和/或姿态，这可以通过检测位置固定地固定在空间中的高频收发器21的位置和姿态来实现，该高频收发器又用作用于确定高频收发器的位置和/或姿态的参考点。图4示出了根据本发明的第二方面的与如图3的实施方式基本上对应的实施方式，但是示出了与此不同的应用情况。只要在图4中对所示元件没有做详细说明，在这里可以参见对图3和图2的描述。在如图4的应用情况中，通过机器人30按照前述方式抓起物体10并且将其与在此示例性地放置在输出侧101的物体15接合。如从图4可见，在输出侧101的物体15同样不是处于其规定位置和姿态13中，从而在没有采取根据本发明的另外的准备措施的条件下不能将两个物体10和15正确地接合。以与如可以确定物体10相对于机器人30的臂的相对位置和/或姿态或者物体10相对于位置固定地设置在空间中的高频收发器21的绝对位置和/或姿态相应的方式，这通过根据第二方面的根据本发明的系统，对于设置在第二物体15之上或之中的高频收发器23来说也是可行的。同样地，通过这里所示的系统可以通过以下方式相对于第二物体15的高频收发器(进而第二物体本身)的位置和/或姿态确定第一物体10的高频收发器进而第一物体本身的位置和/或姿态:两个高频收发器20、23中的一个被确定为用于具体应用情况的预先给定的参考点并且相对于该参考点确定相应的另一个高频收发器23、20的位置和/或姿态。借助于本发明的这种设计方案，可以由数据处理装置54向机器人30的控制装置31传送数据和信息，于是控制装置31可以基于这些数据和信息根据物体10、15的具体位置和/或姿态进行调整并且因此相应地改变机器人30的运动导向。以这种方式，在物体10、15没有正确放置的情况下也可以通过以下方式确保在给定条件下精确地进行这两个物体的接合:使基于高频收发器21、23的位置和/或姿态、所述虚拟表示和借此定义的参考系已确定的物体10、15的相对位置和/或姿态正确相互匹配。在本发明的没有通过图形详细描述的另一种应用情况中，至少一个高频收发器、优选是多个高频收发器设置在用于制造玻璃或碳纤维部件的预浸料坯(织物垫)，其中，通过根据本发明的第一方面的系统通过由此产生织物的编织方向的方式确定预浸料坯的参考系并且存储相应的信息。然后，在将预浸料坯加工成组件之后，通过根据本发明的第二方面的系统确定所述至少一个高频收发器的位置和/或姿态并且基于这些信息也特别是相对于预浸料坯在组件中的编织方向确定预浸料坯的设置方式。这样，在由多个预浸料坯层构成的组件中也可以确定不同层的编织方向处于什么关系并且借此检查组件是否符合特定的预先给定的质量规范。同样存在这样的可能性，根据这样确定的已加工好的预浸料坯的编织方向调整在组件上的另外的加工步骤。
权利要求
1.用于相对于物体(10)对至少一个高频收发器(20)进行位置和/或姿态确定的系统，包括: 至少一个第一接收天线(51),该第一接收天线被设置成，借助于该接收天线能够接收由至少一个高频收发器(20)发出的高频信号，其中，所述高频接收器(20)位置且方向固定地设置在所述物体(10)之上或之中； 至少一个第一发射天线，该第一发射天线被设置成发出至少一个频带的高频信号，这些高频信号能够由所述至少一个高频收发器(20)接收并且因此又引起由所述至少一个高频收发器(20)发出高频信号； 至少一个天线信号处理装置(52)，该天线信号处理装置与所述至少一个第一接收天线(51)连接且被设置成对由所述至少一个第一接收天线接收的高频信号进行评价，以由此相对于所述物体(10)和/或至少一个预先给定的参考点确定进行发射的相应的高频收发器(20)的空间位置和/或空间姿态以及标志；以及 至少一个数据处理装置(54)，该数据处理装置与所述第一天线信号处理装置(52)至少间接地连接并且从该第一天线信号处理装置通过传送获得关于进行发射的相应的高频收发器(20)的位置、姿态和/或标志的信息； 其特征在于， 在与所述至少一个数据处理装置(54)处于数据通信的第一存储装置(53)中规定数据结构，该数据结构包含所述物体(10)的部分虚拟表示；以及 关于所述至少一个高频收发器(20)的位置和/或姿态及其标志的信息与所述物体(10)的虚拟表示一起或者相关联地存储在所述存储装置(53)中，以及相对于所述至少一个高频收发器(20)的位置和/或姿态对所述虚拟表示的参考系进行定义。
2.用于对至少一个物体(10)进行位置和/或姿态确定和/或控制的系统，包括: 至少一个第二接收天线(51),该第二接收天线被设置成，借助于该接收天线能够接收由至少一个高频收发器(20)发出的高频信号，其中，所述高频收发器(20)位置和方向固定地设置在为位置和/或姿态确定和/或控制而规定的所述物体(10)之上或之中； 至少一个第二发射天线，该第二发射天线被设置成发出至少一个频带的高频信号，这些高频信号能够由所述至少一个高频收发器(20)接收并且因此又引发由所述至少一个高频收发器(20)发出高频信号； 至少一个第二天线信号处理装置(52)，该第二天线处理装置与所述至少一个第二接收天线(51)连接并且被设置成对由所述至少一个第二接收天线接收的高频信号进行评价，以由此相对于所述至少一个第二接收天线(51)和/或至少一个预先给定的参考点确定进行发射的相应高频收发器(20)的空间位置和/或空间姿态以及标志；以及 至少一个数据处理装置(54)，该数据处理装置与所述第二天线信号处理装置(52)至少间接地连接并且从所述第二天线信号处理装置通过传送获得关于进行发射的相应高频收发器(20)的位置、姿态和/或标志的信息； 其特征在于， 在与所述至少一个数据处理装置(54)处于数据通信的第一存储装置(53)中规定数据结构，该数据结构至少包含所述物体(10)的部分虚拟表示以及包含关于具有预先给定的标志的所述至少一个高频收发器(20)的位置和/或姿态的信息，其中，具有预先给定的标志的所述至少一个高频收发器(20)的位置和/或姿态定义所述虚拟表示的参考系；以及 所述至少一个数据处理装置(54)基于由所述第二天线信号处理装置(52)获得的关于所述至少一个高频收发器(20)的位置和/或姿态的信息，至少以位置正确和/或姿态正确的方式相对于所述至少一个第二接收天线(51)和/或预先给定的参考点输出所述物体(10)的虚拟表示，和/或输出能够用来相对于所述至少一个第二接收天线(51)和/或预先给定的参考点确定所述物体(10)的绝对位置和/或绝对姿态的信息，和/或输出反映所述物体(10)的实际位置和/或实际姿态与所述物体的规定位置和/或规定姿态的偏差的变换信息。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据处理装置(54)与至少一个控制装置(31)和/或检验装置连接，该检验装置获得由所述数据处理装置(54)输出的数据或者信息，其中，从所述数据处理装置(54)获得的数据或者信息影响所述控制装置(31)或者所述检验装置的控制或者检验程序，从而根据所述物体(10)的实际位置和/或实际姿态调整控制或者检验程序。
4.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述数据处理装置(54)检验所述物体(10)的实际位置和/或实际姿态与其规定位置和/或规定姿态是否存在偏差，并且输出结果值，该结果值通过信号通知“有偏差”或者“无偏差”。
5.如权利要求2至4中 任一项所述的系统，其特征在于，所述数据处理装置(54)与显示装置至少间接地连接，其中，由所述数据处理装置(54)输出的所述物体(10)的位置正确和/或姿态正确的虚拟表示和/或处于规定位置和/或规定姿态中的所述物体(10)的虚拟表示和/或所述结果值通过所述显示装置以可视的方式和/或以图形的方式输出。
6.如权利要求2至5中任一项所述的系统，其特征在于，当所述数据处理装置(54)输出表示“无偏差”或者“有偏差”的信号作为结果值时，至少部分以经颜色编码的可视输出形式，例如分别用绿色区域或绿色点和红色区域或红色点、通过输出文字结果消息的方式，例如分别用“OK”和“FAIL”的方式、通过语音输出的方式、通过操纵或者不操纵调整元件的方式和/或通过打开或锁紧至少一个开关锁，优选是至少一个软件式开关锁的方式，来输出所述结果值。
7.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个预先给定的参考点通过至少一个优选是位置和姿态固定的第二高频收发器(21)定义，该高频收发器的高频信号由相应的至少一个第一和/或第二接收天线(51)接收并且由此相对于相应的至少一个第一和/或第二接收天线(51)和/或相对于所述物体(10)确定所述至少一个高频收发器(20)的位置和/或姿态。
8.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个第一和/或第二接收天线(51)由多个共同作用的接收天线的矩阵构成，其中，所述共同作用优选由至少一个第三天线信号处理装置和/或所述第一和/或第二天线信号处理装置(52)控制。
9.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述数据处理装置(54)由多个共同作用的数据处理装置构成，其中，所述多个数据处理装置之间的数据通信优选借助于光学、无线电或者电子数据连接实现。
10.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述存储装置(53)与所述数据处理装置(54)和/或所述高频收发器(20)连接并且所述数据处理装置(54)与所述存储装置(53)之间的数据通信优选借助于光学、无线电和/或电子的数据连接实现。
11.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个第一和/或第二发射天线是所述至少一个第一或者第二接收天线(51)。
12.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个第一和/或第二接收天线(51)和/或所述至少一个第一和/或第二发射天线被设置成，它们能够在多个频带上进行接收或者发射，以及特别是所述至少一个第一和/或第二接收天线(51)、所述至少一个第一和/或第二发射天线和/或所述第一、第二和/或第三天线信号处理装置(52)被设置成，能够至少基本上同时或者频域可变地发射和/或接收在多个频带上的高频信号。
13.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个数据处理装置(54)与至少一个外部成像记录装置至少间接地连接，其中，所述成像记录装置优选是视频摄像机、红外线摄像机、伦琴射线摄像机或者回波记录器，以及特别优选地包括高分辨率的视频摄像机。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，至少一个由所述外部成像记录装置记录的图像与所述物体(10)的虚拟表示一起或者相关联地存储在所述存储装置(53)中，其中，所述图像在其存储之前可选地经过图像加工处理，特别是提高对比度、细化、边缘识别、裁剪或者类似操作。
15.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个高频收发器(20)具有用于检测物理参数和/或化学参数的器件，这些器件选自包含以下器件的组中:热敏传感器、压力传感器、湿度传感器、特别是用于检测特定化学物质的化学传感器、特别是用于检测可见光、UV、伦琴射线以及类似物的辐射传感器、用于测量时间的传感器及类似器件；以及具有存储由用于检测物理参数和/或化学参数的器件连续地或者在离散的时间点上确定的测量值的存储器件。
16.如权利要求10或15所述的系统，其特征在于，存储在所述存储器件和/或所述存储装置(53)中的测量值或者信息作为数据记录合并到由所述高频收发器(20)发出的高频信号中并且通过所述第一和/或第二天线信号处理装置(52)评价并传送到所述至少一个数据处理装置(54)中。
17.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个高频收发器(20)是RFID装置(射频识别装置)。
18.如权利要求1至17中任一项所述的系统在至少一个物体(10)的空间定位和/或空间存放的控制中的应用。
19.如权利要求18所述的应用，其特征在于，所述系统用于根据所述物体(10)的空间位置和/或空间存放状态调整运动导向。
全文摘要
本发明涉及一种用于相对于物体(10)对至少一个高频收发器(100)进行位置和/或姿态确定的系统，其中，至少一个高频收发器(100)位置和方向固定地设置在所述物体(10)之上或者之中，以及借助于至少一个第一接收装置相对于所述物体(10)和/或至少一个预先给定的参考点确定进行发射的相应高频收发器(100)的空间位置和/或姿态以及标志，以及在与至少一个数据处理装置(35)连接的第一存储装置(36)中规定包含所述物体(10)的部分虚拟表示的数据结构，以及关于所述至少一个高频收发器(100)的位置和/或姿态及其标志的信息与所述物体(10)的虚拟表示一起或相关联地存储在所述存储装置(36)中，以及相对于所述至少一个高频收发器(100)的位置和/或姿态对所述虚拟表示的参考系进行定义。此外，本发明还涉及一种用于对至少一个物体(10)进行位置和/或姿态确定和/或姿态控制的系统，其中，至少一个高频收发器(100)位置和方向固定地设置在所述物体(10)之上或之中，以及借助于至少一个第二接收装置相对于所述至少一个第二接收装置和/或至少一个预先给定的参考点确定进行发射的相应高频收发器(100)的空间位置和/或姿态以及标志，以及在与至少一个数据处理装置(35)连接的第一存储装置(36)中规定数据结构，该数据结构至少包含所述物体(10)的部分虚拟表示以及包含关于具有预先给定的标志的所述至少一个高频收发器(100)的位置和/或姿态的信息，其中，具有预先给定的标志的所述至少一个高频收发器(100)的位置和/或姿态定义所述虚拟表示的参考系，以及所述至少一个数据处理装置(35)基于由所述第二天线信号处理装置(91)获得的关于所述至少一个高频收发器(100)的位置和/或姿态的信息发出基于其能够确定所述物体(10)的绝对位置和/或姿态的信息。
文档编号G01S13/74GK103201645SQ201180054476
公开日2013年7月10日 申请日期2011年11月10日 优先权日2010年11月12日
发明者克里斯蒂安·希罗尼米 申请人:克里斯蒂安·希罗尼米
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
