Die Erfindung betrifft ein Dockingsystem für Fahrzeuge, insbesondere Flugzeuge, Schiffe etc. mit einer 3D-Kamera bzw. einem 3D-Kamerasystem zur Ausrichtung eines solchen Systems sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems.

Als 3D-Kamera eignen sich insbesondere Lichtlaufzeitkamerasysteme, die Entfernungen direkt aus der Lichtlaufzeit oder indirekt über Phasenverschiebung einer emittierten und empfangenen Strahlung gewinnen. Als Lichtlaufzeit bzw. 3D-Kameras sind insbesondere PMD-Kameras mit Photomischdetektoren (PMD) geeignet, wie sie u.a. in der DE 197 04 496 AI beschrieben und beispielsweise von der Firma 'ifm electronic GmbH' als„mobile 3D smart sensor 03M zu beziehen sind. Die PMD-Kamera erlaubt insbesondere eine flexible Anordnung der Lichtquelle und des Detektors, die sowohl in einem Gehäuse als auch separat angeordnet werden können.

Der Andockprozess von Dockingvorrichtungen, insbesondere Passagierbrücken

beispielsweise von Flughafenterminals erfolgt momentan manuell durch einen Operator. Eine Automatisierung hat neben einer Zeitersparnis eine verringerte Fehleranfälligkeit (Kollision Passagierbrücke mit Flugzeug) und somit eine erhöhte Sicherheit zur Folge.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Andockprozess einer Dockingvorrichtung, beispielsweise an einem Flughafen- oder Schiff-Terminal zu verbessern.

Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Dockingsystem und Verfahren zum Betreiben eines solchen gelöst.

Vorteilhaft ist ein Dockingsystem zur Montage an einer Dockingvorrichtung, insbesondere einer Passagierbrücke oder Ladevorrichtung vorgesehen, mit einer 3D-Kamera bzw. einem 3D-Kamerasystem zur Erfassung einer 3D-Kontur eines Fahrzeugs, an dem die

Dockingvorrichtung andocken soll,

wobei die 3D-Kamera ferner dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Marker im Bereich einer Tür des Fahrzeugs zu erfassen,

mit einer Steuerung, die derart ausgebildet ist, das anhand des wenigstens einen Markers und der erfassten Kontur des Fahrzeugs die Dockingvorrichtung ausgerichtet und angedockt wird. Der wesentliche Erfindungsgedanke ist, ein automatisiertes Andocken und Ausnivellieren von Dockingvorrichtung, insbesondere Passagierbrücken mittels eines 3D Sensors basierend auf vorzugsweise nur einem Marker.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 schematisch ein Lichtlaufzeitkamerasystem bzw. 3D-Kamerasystem,

Figur 2 ein Flugzeug mit einer beweglichen Passagierbrücke,

Figur 3 eine vorderen Bereich eines Flugzeugs mit Tür und einem Marker,

Figur 4 eine vorderen Bereich eines Flugzeugs mit Tür und zwei Markern.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Auch wenn die Erläuterung der Erfindung anhand eines Flugzeugs vorgenommen wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann insbesondere auch auf weitere Fahrzeuge wie z.B. Schiffe angewandt werden.

Figur 1 zeigt eine Messsituation für eine optische Entfernungsmessung mit einer

Lichtlaufzeitkamera, wie sie beispielsweise aus der DE 197 04 496 AI bekannt ist.

Das 3D-Kamerasystem bzw. Lichtlaufzeitkamerasystem 1 umfasst eine Sendeeinheit bzw. ein Beleuchtungsmodul 10 mit einer Beleuchtung 12 und einer dazugehörigen

Strahlformungsoptik 15 sowie eine Empfangseinheit bzw. Lichtlaufzeitkamera 20 mit einer Empfangsoptik 25 und einem Licht laufzeitsensor 22.

Der Lichtlaufzeitsensor 22 weist mindestens ein Laufzeitpixel, vorzugsweise auch ein Pixel- Array auf und ist insbesondere als PMD-Sensor ausgebildet. Die Empfangsoptik 25 besteht typischerweise zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften aus mehreren optischen Elementen. Die Strahlformungsoptik 15 der Sendeeinheit 10 kann beispielsweise als

Reflektor oder Linsenoptik ausgebildet sein. In einer sehr einfachen Ausgestaltung kann ggf. auch auf optische Elemente sowohl empfangs- als auch sendeseitig verzichtet werden.

Das Messprinzip dieser Anordnung basiert im Wesentlichen darauf, dass ausgehend von der Phasenverschiebung des emittierten und empfangenen Lichts die Laufzeit und somit die zurückgelegte Wegstrecke des empfangenen Lichts ermittelt werden kann. Zu diesem Zwecke werden die Lichtquelle 12 und der Licht laufzeitsensor 22 über einen Modulator 30 gemeinsam mit einem bestimmten Modulationssignal M ₀ mit einer Basisphasenlage φο beaufschlagt. Im dargestellten Beispiel ist ferner zwischen dem Modulator 30 und der Lichtquelle 12 ein Phasenschieber 35 vorgesehen, mit dem die Basisphase φο des

Modulationssignals Mo der Lichtquelle 12 um definierte Phasenlagen (p _va r verschoben werden kann. Für typische Phasenmessungen werden vorzugsweise Phasenlagen von (p _va r = 0°, 90°, 180°, 270° verwendet.

Entsprechend des eingestellten Modulationssignals sendet die Lichtquelle 12 ein

intensitätsmoduliertes Signal S _pl mit der ersten Phasenlage pl bzw. pl = φο + ( var aus. Dieses Signal S _pl bzw. die elektromagnetische Strahlung wird im dargestellten Fall von einem Objekt 40 reflektiert und trifft aufgrund der zurückgelegten Wegstrecke entsprechend phasenverschoben Δφ(^) mit einer zweiten Phasenlage p2 = φο + (pvar + Δφ(^) als

Empfangssignal S _p2 auf den Licht laufzeitsensor 22. Im Lichtlaufzeitsensor 22 wird das Modulationssignal M ₀ mit dem empfangenen Signal S _p2 gemischt, wobei aus dem

resultierenden Signal die Phasenverschiebung bzw. die Objektentfernung d ermittelt wird.

Als Beleuchtungsquelle bzw. Lichtquelle 12 eignen sich vorzugsweise Infrarot-Leuchtdioden. Selbstverständlich sind auch andere Strahlungsquellen in anderen Frequenzbereichen denkbar, insbesondere kommen auch Lichtquellen im sichtbaren Frequenzbereich in Betracht.

Figur 2 zeigt eine typische Situation eines Flughafenterminals bei der eine

Dockingvorrichtung, hier eine Passagierbrücke 200 an ein Flugzeug 100 im Bereich der Tür 150 angedockt werden soll.

Der Andockprozess von Passagierbrücken von Flughafenterminals erfolgt typischerweise manuell durch einen Operator. Eine Automatisierung hat neben einer Zeitersparnis eine verringerte Fehleranfälligkeit (Kollision Passagierbrücke mit Flugzeug) und somit eine erhöhte Sicherheit zur Folge. Da beim Andockprozess die Passagiertüre geschlossen ist und somit keine Positionierung über die reinen 3D Daten möglich ist, soll die

Positionsbestimmung der Tür anhand von speziellen Markern erfolgen. Da neben einer Position im Raum auch der Winkel zum Flugzeug (Gierwinkel) für ein sicheres Andocken benötigt wird, können beispielsweise mehrere Marker am Fahrzeug angebracht werden.

Erfindungsgemäße wird hingegen eine Lösung vorgeschlagen, basierend auf einem SD- Kamerasystem beschrieben, das sowohl das automatische Andocken, als auch eine

automatische Höhennivellierung im gedockten Zustand (wenn die Passagiere das Flugzeuge verlassen, so hebt sich dieses langsam durch das geringer werdende Gewicht an, bzw. durch zusteigende Passagiere senkt es sich ab) sowie einer generellen Abstandskontrolle zur Kollisionsvermeidung mit dem Flugzeugrumpf als auch mit beliebigen Objekten im

Bewegungspfad zwischen Passagierbrücke und Flugzeug. Dazu wird eine Ecke im Bereich der Passagiertür mit einem reflektierenden Target markiert, welches die Türposition definiert. Die Winkelbestimmung erfolgt basierend auf den, auf dem Flugzeugrumpf gemessenen 3D Ergebnissen, welche insbesondere auch unabhängig von Farbe und Oberfiächenbeschaffenheit des Objektes, sowie unabhängig von Umgebungslicht, Kontrast und Schattenwürfen der SD- Kamera erfasst werden.

Zusätzlich erlaubt die Verfügbarkeit der gemessenen 3D Ergebnisse, die Erkennung von jeglichen Objekten zwischen Passagierbrücke und Flugzeugrumpf und erhöht somit die Betriebssicherheit. Über einen zylinderförmigen Fit der 3D Daten, die auf dem

Flugzeugrumpf gemessen werden, kann außerdem auch der Rollwinkel bestimmt und zur Optimierung des Andockprozesses verwendet werden.

Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Situation bei der im Bereich der Tür im vorderen Bereich des Flugzeugs 100 in der Nähe der Tür 150 ein Marker 110 angebracht ist.

Ausgehend von der erfassten Kontur und der an einem vorgegebenen Ort angebrachten Markierung 110 kann die Lage des Flugzeugs 100 im Raum und die Position der Tür eindeutig bestimmt werden, so dass die Passagierbrücke 200 für ein Andock-Manöver ausgerichtet und der Tür 150 angenähert werden kann.

Figur 4 zeigt eine weitere Situation mit zwei Markern 110, 120. Zwar ist ein zweiter Marker für das erfindungsgemäße Vorgehen nicht zwingend notwendig kann aber, wenn er vorhanden ist, zusätzlich für die Erfassung der Positionsdaten von Tür 150 und Flugzeug 100 verwendet werden. Ebenso ist es denkbar, weitere Markierung am Fahrzeug anzubringen.

Als Markierungen können beispielsweise auch bereits am Fahrzeug standardmäßig

angebrachte Markierung verwendet werden, solange sichergestellt ist, dass dieser Markierung immer an einer eindeutigen Position angebracht sind.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, Markierungen zu verwenden, die für das Dockingsystem optimiert sind. Beispielsweise kommen hier Retroreflektoren in Betracht, die von dem SD- Kamerasystem leicht erfasst werden können. Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar die Markierung geometrisch auszugestalten, beispielsweise als Stern, Quadrat, Pfeil etc. Das Kamerasystem kann dann beispielsweise auf die optische Erkennung dieser Muster optimiert sein. Das Dockingsystem ist selbstverständlich nicht auf Passagierbrücken eingeschränkt, sondern eignet sich insbesondere auch für Ladebrücken oder Ladevorrichtungen oder

Passagiertreppen, die insbesondere auch auf einem Bodenfahrzeug angeordnet sein können. Ist das Dockingsystem auf einem Bodenfahrzeug angeordnet, so kann über das

Dockingsystem nicht nur die Passagiertreppe oder Ladevorrichtung gesteuert werden, sondern auch das Bodenfahrzeug selbst, um die jeweilige Dockingvorrichtung an das Flugzeug oder Schiff anzudocken.

Bezugszeichen

1 Lichtlaufzeitkamerasystem

10 Beleuchtungsmodul

12 Beleuchtung

20 Empfänger, Lichtlaufzeitkamera

22 Lichtlaufzeitsensor

30 Modulator

35 Phasenschieber, Beleuchtungsphasenschieber

40 Objekt

φ, A( (tL> laufzeitbedingte Phasenverschiebung

( _V ar Phasenlage

φο Basisphase

Mo Modulationssignal

pl erste Phase

p2 zweite Phase

Sp 1 Sendesignal mit erster Phase

Sp2 Empfangssignal mit zweiter Phase d Objektdistanz

100 Fahrzeug, Flugzeug

110 Markierung

120 zweite Markierung

150 Tür

200 Dockingvorrichtung, Passagierbrücke