NL1013026C2 - Inrichting voor het detecteren van de positie van een voorwerp. - Google Patents

Description

Inrichting voor het detecteren van de positie van een voorwerp.

De uitvinding betreft een inrichting overeenkomstig de aanhef van conclusie 1. Een dergelijke inrichting is bekend uit EP 0455305. Het nadeel van de bekende inrich-5 ting is dat de eerste spiegel en de tweede spiegel boven elkaar geplaatst zijn en dat voor een nauwkeurige waarneming de hoek tussen de coherente bundel straling en de gereflecteerde straling een bepaalde grootte moet hebben. In situaties dat de afstand tussen de eerste en de tweede 10 spiegel beperkt moet zijn, bijvoorbeeld bij het detecteren van speenposities t.b.v. automatisch aansluiten van melkbekers, waar de onder het te melken dier beschikbare ruimte beperkt is, is ook de afstand waarop de positie van een speen nauwkeurig vastgesteld kan worden beperkt, 15 hetgeen een nadeel is.

De uitvinding beoogt bovengenoemd nadeel te vermijden en is daartoe uitgevoerd overeenkomstig het kenmerk van conclusie 1. Hierdoor kan op eenvoudige wijze de afstand tussen de spiegels vergroot worden, waardoor de po-20 sities van voorwerpen op grotere afstand vastgesteld kunnen worden.

Overeenkomstig een verbetering is de inrichting uitgevoerd volgens conclusie 2. Hierdoor kan op eenvoudige wijze een roterende spiegel voor de bron voor coheren-25 te bundel straling of de detector gebracht worden, waardoor snel na elkaar het werkgebied gescand kan worden.

Overeenkomstig een verbetering is de inrichting uitgevoerd volgens conclusie 3. Hierdoor zijn de spiegels op eenvoudige wijze nauwkeurig ten opzichte van elkaar 30 gepositioneerd.

Overeenkomstig een verbetering is de inrichting uitgevoerd volgens conclusie 4. Hierdoor wordt op compac- 1013026 2 te wijze een sensor verkregen waarbij de spiegels op grote afstand van elkaar staan zodat het werkgebied op grote afstand van de sensor kan worden gebracht.

Overeenkomstig een verbetering is de inrichting 5 uitgevoerd overeenkomstig conclusie 7. Hierdoor is het mogelijk om de detectie uitsluitend te activeren op het moment dat de door de eerste spiegel gereflecteerde cohe-rentiebundel in het werkgebied schijnt. Hierdoor wordt vermeden dat de detector ook actief is als de gereflec-10 teerde bundel bijvoorbeeld in de behuizing tegen een wand reflecteert, waardoor voorkomen wordt dat de detector valse reflecties als posities detecteert.

Overeenkomstig een verbetering is de inrichting uitgevoerd volgens conclusie 9. Hierdoor worden de posi-15 tiegegevens met een min of meer constante tijdsinterval afgegeven aan de besturing, waardoor deze eenvoudig verwerkt kunnen worden.

De uitvinding wordt hierna toegelicht aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden met behulp van een te-20 kening waarin figuur 1 een schematisch zijaanzicht toont van een toepassing van de inrichting, figuur 2 een schematisch bovenaanzicht toont van een eerste uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting, 25 figuur 3 een schematisch bovenaanzicht toont van een tweede uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting, figuur 4 een schematisch bovenaanzicht toont van een derde uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting, figuur 5 een schematisch bovenaanzicht toont van een 30 vierde uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting, figuur 6 een grafiek toont van de waarnemingen door de inrichting bij een bewegend voorwerp, 1013026 3 figuur 7 een grafiek toont van de waarnemingen van het bewegend voorwerp van figuur 6 bij een hogere scanfrequentie, en figuur 8 een grafiek toont van het weergeven van de 5 waarneming volgens figuur 7 waarbij een beperkt aantal waarnemingen wordt weergegeven.

Figuur 1 toont schematisch een uier 2 van een zoogdier zoals een koe met spenen 1 waarbij ten behoeve van 10 het melken van het zoogdier melkbekers 5 automatisch moeten worden aangebracht. Het te melken dier staat in een melkstal. In een inrichting waarin het aanbrengen volautomatisch plaats vindt worden de melkbekers 5 met een manipulator 6 onder de spenen 1 gebracht. In het getoonde 15 voorbeeld beweegt de manipulator 6 meerdere melkbekers 5 tegelijk, het is echter ook mogelijk dat de manipulator 6 de melkbekers 5 één voor één onder de respectievelijke spenen 1 brengt.

Bij het aanbrengen van de melkbekers 5 is het nood-20 zakelijk dat de manipulator 6 de bewegingen van het dier en in het bijzonder de bewegingen van de uier 2 volgt en daartoe worden bij voorkeur de bewegingen van één van de spenen 1 gevolgd, omdat bekend is dat tijdens het aanbrengen van de melkbekers 5 de onderlinge posities van de 25 spenen 1 min of meer constant zijn. Voor het volgen van één van de spenen is de manipulator 6 gekoppeld aan een sensor 4. De sensor 4 genereert een sensorbundel 3 in een horizontaal vlak boven de melkbekers 5. In het hier getoonde voorbeeld is de sensor 4 gekoppeld aan de manipu-30 lator 6, eventueel kan de sensor 4 bijvoorbeeld naast de melkstal zijn geplaatst, waarbij er voorzieningen zijn aangebracht voor het in verticale richting verplaatsen van de sensorbundel 3, zodat de positie van de spenen 1 10i «J U Kf 4 kan worden vastgesteld bij dieren waarvan de spenen 1 zich op verschillende hoogte bevinden.

In verband met de goede werking van de sensor 4 is het noodzakelijk dat de sensorbundel 3 zo plat mogelijk 5 is, opdat de bovenzijde van de melkbekers 5 en de onderzijde van de uier 2 de metingen niet verstoren. Ook is het een voordeel als de afstand tussen de spenen 1 en de sensor 4 relatief groot kan zijn omdat het dan eenvoudiger is om bij het begin van het aanbrengen van de melkbe-10 kers 5 de spenen te vinden, zodat het te melken dier meer bewegingsvrijheid kan houden.

In figuur 2 is een eerste uitvoeringsvoorbeeld van sensor 4 in schematisch bovenaanzicht getoond. Een huis 15 is voorzien van een venster 11 en een fundatieplaat 15 14. Op de fundatieplaat 14 is een roteerbare schijf 23 bevestigd die.in een rotatierichting 20 om een rotatieas M geroteerd kan worden door een aandrijving 19. De buitenmantel van de roteerbare schijf 23 is uitgevoerd als veelhoek, in het getoonde geval als achtkant, waarbij de 20 vlakken van de veelhoek zijn uitgevoerd als spiegelende oppervlakken evenwijdig aan de rotatieas M. In figuur 2 is de roteerbare schijf 23 in een eerste rotatiepositie 21 met getrokken lijnen getoond, alsmede in een tweede rotatiepositie 22 met onderbroken lijnen.

25 Op de fundatieplaat 14 is een laserstralingsbron 16 aangebracht die een coherente bundel straling 13 uitzendt naar één van de spiegelende oppervlakken op de buitenmantel van de roteerbare schijf 23 die een eerste spiegel 12 vormt, waarbij de coherente bundel 13 in de eerste rota-30 tiepositie 21 wordt gereflecteerd als een eerste scanbun-del 8 en in de tweede rotatiepositie 22 wordt gereflecteerd als een tweede scanbundel 10. De coherente bundel 13 en de scanbundels 8 en 10 liggen in een gemeenschappe- 1013026 5 lijk vlak dat loodrecht staat op de rotatieas M en de door de eerste spiegel 12 gegenereerde scanbundels gaan door het venster 11 en bestrijken een werkgebied 7.

Op de fundatieplaat 14 is tevens een detector 26 5 geplaatst, waarbij de rotatieas M tussen de detector 26 en de laserstralingsbron 16 is geplaatst. De detector 26 is een instrument dat op bekende wijze is voorzien van middelen om de richting van een binnenvallende stralings-bundel te kunnen vaststellen. De detector 26 is bijvoor-10 beeld voorzien van een lens waarmee invallende straling wordt gefocust op een lichtgevoelige sensor waarmee de positie van het gefocuste beeld wordt vastgesteld. De door de lichtgevoelige sensor vastgestelde positie is afhankelijk van de richting waarin de lichtbron wordt waar-15 genomen. De detector 26 is zodanig geplaatst dat de coherente bundel 13, de scanbundels 8 en 10 en de waargenomen reflecties in een gemeenschappelijk vlak liggen.

Een in het werkgebied 7 op een eerste positie A aanwezig voorwerp, zoals de speen 1 van een zoogdier, zal 20 de eerste scanbundel 8 reflecteren als een eerste reflectie 25 via een tweede spiegel 29 naar de detector 26. De tweede spiegel is één van de spiegelende oppervlakken op de buitenmantel van de roteerbare schijf 23. In de tekening geeft de getoonde lijn 25 de hartlijn van de waarge-25 nomen bundel weer.

Een voorwerp dat op een tweede positie B aanwezig is zal de eerste scanbundel 8 reflecteren als tweede reflectie 27. Deze tweede reflectie 27 wordt door de detector 26 onder een andere hoek waargenomen. Aan de hand van 30 de eerste rotatiepositie 21 en de door de detector 26 waargenomen hoeken kan in een besturing 18 de positie van de voorwerpen in het werkgebied 7 worden vastgesteld. De berekende posities worden via een signaalaansluiting 17 1013026 6 afgegeven, bijvoorbeeld aan de besturing van de manipulator 6.

Een voorwerp op een derde rotatiepositie C wordt belicht door een tweede scanbundel 10 nadat de roteerbare 5 schijf 23 geroteerd is naar de tweede rotatiepositie 22. De door het voorwerp gereflecteerde straling gaat via een derde reflectie 27 en de tweede spiegel 29 naar de detector 26, waarna de positie van het voorwerp op de hiervoor beschreven wijze wordt vastgesteld.

10 Voor het vaststellen van de rotatiepositie van de roteerbare schijf 23 is op de fundatieplaat 14 een sensor 24 gemonteerd, waarmee het tijdens het roteren van de roteerbare schijf het passeren van de overgang tussen twee vlakke spiegels op de buitenmantel wordt gedetecteerd.

15 Uit dit signaal worden in de besturing 18 de rotatieposi-ties van de eerste spiegel 12 en de tweede spiegel 29 berekend. In een andere uitvoering is de aandrijving 19 voorzien van middelen, zoals bijvoorbeeld een encoder, voor het vaststellen van de rotatiepositie van de roteer-20 bare schijf 23.

Bij het roteren van de eerste spiegel 12 treedt de eerste scanbundel 8 slechts over een deel van de rotatie door het venster 11 naar buiten en scant het werkgebied 7. Over het overige deel van de rotatie is er de kans dat 25 de scanbundel 8 via de binnenzijde van het huis 14 reflecteert en een signaal in de detector 26 veroorzaakt. Teneinde deze ongewenste situatie te voorkomen wordt in een andere uitvoeringsvorm de laserstralingsbron 16 afhankelijk van de rotatiepositie van de eerste spiegel 12 30 alleen ingeschakeld als de scanbundel 8 het werkgebied 7 bestrij kt.

In een andere uitvoeringsvorm is een detector 9 op de fundatieplaat 14 geplaatst en is de laserstralingsbron 101U~v, 7 16 permanent ingeschakeld. De detector 9 detecteert de scanbundel 8 kort voordat de scanbundel 8 het werkgebied zal bestrijken. In de besturing is het aantal graden bekend dat de spiegel moet roteren voordat het werkgebied 7 5 bestreken wordt en het aantal graden dat het werkgebied groot is. Nu wordt alleen tijdens het bestrijken van het werkgebied 7 de detector 26 ingeschakeld zodat reflecties in de behuizing 14 niet worden waargenomen. Een bijkomend voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat het in de bestu-10 ring exact bekend is bij welke rotatiepositie van de roteerbare schijf 23 de scanbundel 8 in de detector 9 reflecteert, zodat een eventuele onregelmatige verdeling van de spiegels op de buitenmantel van de roteerbare schijf wordt gecompenseerd.

15 In het in figuur 2 getoonde uitvoeringsvoorbeeld is de afstand tussen de eerste spiegel 12 en de tweede spiegel 29 aangegeven als afstand a, waarbij a afhankelijk is van de diameter van de roteerbare schijf 23. De afstand a is van belang voor het vaststellen van de grootte en lig-20 ging van het werkgebied 7, waarbij de posities van de voorwerpen nauwkeurig bepaald kunnen worden. In de getoonde uitvoering is de afstand a ongeveer 80 mm en is het werkgebied 7 ongeveer 300 bij 300 mm en het ligt op een afstand van ongeveer 260 mm tot 560 mm vanaf de rota-25 tie-as M. Doordat de te detecteren voorwerpen op een afstand van ongeveer 560 mm voldoende nauwkeurig waargenomen kunnen worden is het op eenvoudige wijze mogelijk om de positie van de spenen 1 vast te stellen en de melkbekers 5 naar de spenen toe te leiden.

30 In figuur 3 is een tweede uitvoeringsvoorbeeld ge toond, waarbij de roteerbare schijf 23 is uitgevoerd als twaalfhoek, waardoor de scanfrequentie bij dezelfde rota-tiesnelheid van de roteerbare schijf 23 verhoogd wordt.

10iSG26 8

In de figuren 4 en 5 zijn een derde en een vierde uitvoeringsvoorbeeld getoond, waarbij de eerste spiegel 12 en de tweede spiegel 29 op verschillende roteerbare schijven 23 zijn aangebracht, welke schijven roteren om 5 een rotatie-as Ml en respectievelijk M2. De rotatie van de beide roteerbare schijven 23 is gekoppeld met een getande riem 30 waarbij de schijven worden aangedreven door een niet getoonde aandrijving. De werking van de sensor 4 is overeenkomstig, de hiervoor beschreven werkwijze, 10 waarbij het voordeel van deze uitvoeringsvormen is dat de sensor 4 smaller uitgevoerd kan worden bij dezelfde maat a.

In figuur 6 is in een grafiek een waarnemingssig-naal S getoond van een voorwerp dat door de scannende 15 sensor 4 wordt waargenomen, waarbij het voorwerp beweegt ten opzichte van de sensor 4. De scanperiode is aangegeven met T en doordat het voorwerp beweegt blijkt het signaal S steeds op een ander tijdstip gedurende de scanperiode T te ontstaan. Voor de besturing van de manipulator 20 6 is het ongewenst om de positiegegevens 20 onregelmatig te ontvangen omdat deze signalen niet juist verwerkt kunnen worden.

In figuur 7 en 8 is getoond hoe deze situatie verbeterd kan worden. Door de scanfrequentie te verhogen 25 waardoor de scanperiode T wordt verkort, en vervolgens steeds gedurende een rapportageperiode R een aantal waarnemingen te negeren, wordt het tijdsverloop tussen waarnemingen zoals deze aan de besturing van de manipulator 6 worden bekend gemaakt, regelmatiger, waardoor deze bestu-30 ring nauwkeuriger kan werken. In een voorkeursuitvoering is de scanperiode T 13 msec en is rapportageperiode R ongeveer 40 msec doordat steeds elke tweede en derde meting wordt genegeerd. Voor een scanperiode van 13 msec moet de roterende schijf 23 van het in figuur 2 beschreven uit- 1013026 9 voeringsvoorbeeld ongeveer 580 omwentelingen per minuut maken.

1013026

Claims (9)

1. Inrichting voor het detecteren van de positie van een in een werkgebied (7) bewegend voorwerp, bijvoorbeeld 5 voor het bepalen van de positie van spenen (1) van een uier (2) van een zoogdier ten behoeve van het automatisch aansluiten van melkbekers (5) aan de spenen (1) omvattende een bron (16) voor een coherente bundel straling (13) zoals een laserbron, een eerste om een 10 eerste rotatieas (M; Ml) roteerbare spiegel (12) voor het reflecteren van de coherente bundel straling naar het werkgebied, een tweede om een tweede rotatieas (M; M2) roteerbare spiegel (29) voor het reflecteren van door het in het werkgebied bewegende voorwerp gere-15 flecteerde straling (25,27,28) naar een detector (26) voor het waarnemen van de richting van de op de detector vallende straling waarbij de eerste en de tweede rotatieas evenwijdig zijn, aandrijfmiddelen (19) voor het gezamenlijk roteren van de eerste en de tweede 20 spiegel om de rotatieassen (Μ; Ml, M2), middelen (24) voor het detecteren van de rotatie positie van de spiegels behorende bij een waargenomen reflectie en middelen (18) voor het aan de hand van de waargenomen richting van de op de detector vallende straling en de 25 rotatie positie van de spiegels vaststellen van de po sitie van het voorwerp met het kenmerk dat de coherente bundel (13) en de gereflecteerde straling (25,27,28) in een gemeenschappelijk vlak loodrecht op de rotatieas (sen) (Μ; Ml, M2) liggen.

2. Inrichting overeenkomstig conclusie 1 met het kenmerk dat elke spiegel (12,29) deel uitmaakt van een aantal spiegels welke regelmatig verdeeld op de cilindrische 1013026 buitenmantel van een roteerbare lichaam (23) zijn aangebracht .

3. Inrichting overeenkomstig conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat de eerste spiegel (12) en de tweede spie- 5 gel (29) een gemeenschappelijke rotatieas (M) hebben.

4. Inrichting overeenkomstig conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat de eerste spiegel (12) en de tweede spiegel (29) op de cilindrische buitenmantels van twee roteerbare lichamen (23) zijn aangebracht en waarbij de 10 rotatieassen (Mi,M2) van de roteerbare lichamen op enige afstand van elkaar zijn geplaatst.

5. Inrichting overeenkomstig een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de spiegels ononderbroken met een min of meer constante snelheid roteren.

6. Inrichting overeenkomstig conclusie 5 met het kenmerk dat de middelen voor het detecteren van de rotatie positie van de spiegels een detector (24) voor het detecteren van de grens tussen twee spiegels omvatten.

7. Inrichting overeenkomstig een der voorgaande conclu- 20 sies met het kenmerk dat middelen (9) zijn voorzien voor het afhankelijk van de rotatiepositie van de eerste spiegel (12) activeren van de detector (26) .

8. Inrichting overeenkomstig conclusie 7 met het kenmerk dat de middelen voor het activeren van de detector 25 (26) een sensor (9) omvatten voor het detecteren van een reflectie op de eerste spiegel (12) van de coherente bundel (13).

9. Inrichting overeenkomstig een der voorgaande conclusies waarbij de scanfrequentie de frequentie is waar- 30 mee het werkgebied wordt gescand met de coherente bundel en de waarnemingsfrequentie de frequentie is waarmee de waargenomen positie door de inrichting aan een 1013026 besturing wordt gerapporteerd met het kenmerk dat middelen aanwezig zijn voor het zodanig beperken van de waarnemingsfrequentie zodat de scanfrequentie een veelvoud van de waarnemingsfrequentie is. 1013026