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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Bestimmen einer Position eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug ist entlang
einer Bahn in einer Bewegungsrichtung beweglich und weist einen
optischen Positionsmarkenleser zum linienweisen Abtasten von Positionsmarken
auf. Die Positionsmarken sind entlang der Bahn in festgelegter Orientierung
angeordnet.
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Eine ähnliche
Vorrichtung ist aus der Druckschrift
DE 199 10 933 B4 zur Positionierung eines Fahrzeugs
an einem stationären Gegenstand bekannt. Dabei wird das
Fahrzeug entlang einer vorgegebenen Bahn zu dem Gegenstand verfahren.
Auf den in Sektionen der Bahn angeordneten Gegenständen
sind Codierungen aufweisende Marken angebracht. Zunächst
wird zur absoluten Bestimmung der Positionierung des Fahrzeugs gegenüber
den vorhandenen Codierungsmarken eine Referenzfahrt entlang der
Bahn durchgeführt, wobei die Codierungsmarken in zwei Stufen,
die aus einer Grobpositionierung und einer Feinpositionierung bestehen,
erfasst werden, um mit Hilfe dieser Referenzdaten den Abstand einer
Position des Fahrzeugs und der Lage einer Zielmarke bestimmen zu
können.
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Der
Nachteil dieser Positionierungsvorrichtung ist, dass hier die Position
einer Vielzahl einzelner Gegenstände, welche Codierungsmarken
aufweisen, zu ermitteln sind, so dass nach jeder Änderung
von Anzahl und Position der Gegenstände erneut Referenzfahrten
des Fahrzeugs notwendig werden, um eine absolute Ortsbestimmung
der Codierungsmarken aufweisenden Gegenstände zu erfassen.
Ein weiterer Nachteil dieser Positionierungsvorrichtung erweist
sich darin, dass für die bekannte Vorrichtung Barcode-Leser
als optische Sensoren am Fahrzeug vorgesehen sind, die einen polygonalen Drehspiegel
zur Mehrfachabtastung aufweisen, der die Barcodes auf einer einzigen
Abtastlinie mehrfach abtastet. Ein derartiger Barcode-Leser an einem Fahrzeug
hat den Nachteil, dass bei Fehlern oder Verschmutzungen des Barcodes
auf der Abtastlinie Fehlinformationen übermittelt werden.
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Aus
den Druckschriften
US 5,286,961 ,
US 5,975,418 und
US 2003/0090805 A1 sind
stationäre Barcode-Leser bekannt, wie sie für
Verkaufskassen üblich sind, die eine Mehrfachabtastung
von sich kreuzenden Abtastlinien ermöglichen, um an dem stationären
Barcode-Leser vorbeigeführte Gegenstände mit Barcodes
zu erfassen. Derartige stationäre Barcode-Leser weisen
eine hohe Anzahl von kostenintensiven Komponenten auf und dienen
dazu, in einem vorgegebenen Bereich einen Barcode aufzufinden und
zu entschlüsseln. Derartige stationäre Barcode-Leser
haben den Nachteil, dass sie für einen mobilen Einsatz
an einem Fahrzeug ungeeignet sind, zumal sie einen hochkomplexen
Aufbau aufweisen, dementsprechend kostenintensiv sind und einen erschütterungsfreien
stabilen Untergrund erfordern.
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Die
erreichbare Genauigkeit der Positionsbestimmung ist durch die Länge
der Positionsmarken oder deren Elemente auf der Bahn begrenzt, da
die Codeelemente in einer Spur längs eines Fahrwegs auf
der Bahn aufgereiht sind und bei den bekannten Verfahren nacheinander
abgetastet werden müssen. Dabei kann die Packungsdichte
der Codeelemente auf der Bahn nicht über ein begrenztes
Maß hinaus erhöht werden, weil das räumliche
Auflösungsverfahren der Abtastmittel des Positionsmarkenlesers
begrenzt ist. Die Länge der Positionsmarken kann daher
nicht unter einen bestimmten Mindestwert verkleinert werden, so
dass damit der Positionsauflösung Grenzen gesetzt sind.
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Ferner
ist zur lückenlosen Abdeckung eines langen Fahrwegs mit
ausreichender Längsauflösung eine große
Anzahl von Positionierungsmarken erforderlich und somit wird, wenn
der Code innerhalb der Positionierungsmarken längs des
Fahrwegs entlang der Bahn sich nicht wiederholen soll, eine entsprechend
große Abtastbreite beispielsweise eines Barcodes erforderlich.
Eine zunehmende Abtast-breite eines Barcodes lässt aber
nicht nur die Länge der einzelnen Positionierungsmarken
sondern vor allem auch den Aufwand und die Kosten für den
Positionsmarkenleser deutlich anwachsen. Ferner geht mit längeren
Positionsmarken eine geringere Auflösung der Positionsbe stimmung
einher, so dass eine Realisierung von Fahrwegen und Bahnen von mehreren Kilometern,
die z. B. in modernen industriellen Fertigungsstraßen erwünscht
oder notwendig sein können, mit hinreichender Auflösung
schwierig ist. Diese Problematik wird noch erheblich verschärft,
wenn auf den Positionsmarken redundante Informationen vorhanden
sein sollen, um die Betriebssicherheit des Systems, z. B. dessen
Resistenz gegen Verschmutzung oder Beschädigung von Teilen
des Code-Trägers zu verbessern und um dadurch das Risiko
von Ausfällen oder unter Umständen folgenschweren Fehlpositionierungen
zu verringern.
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Ein
weiterer Nachteil der bekannten Systeme besteht darin, dass eine
Positionsbestimmung bei stillstehendem Fahrzeug nicht immer möglich
ist. Diejenigen Systeme, welche mit Durchlichtverfahren arbeiten,
sind zusätzlich mechanisch aufwendig und anfällig
gegen Verformungen der Positionsmarken.
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Eine
grundsätzliche Anforderung und Aufgabenstellung besteht
bei solchen Systemen zur Positionsbestimmung darin, eine aktuelle
Positionsinformation möglichst zeitnah und in Echtzeit
an einem Ausgang des Systems oder der Vorrichtung bereitzustellen.
Bei Systemen mit hoher Dynamik, die schnelle Anfahr- und Abbremsrampen
aufweisen, entstehen zusätzlich signifikante systematische
Messunsicherheiten. Dabei ist außerdem zu berücksichtigen, dass
in industriellen Anlagen häufig Abtastraten von bis zu
einer Millisekunde einzusetzen sind, so dass insgesamt erwünscht
ist, die Messinformation durch die Positionsmarkenleser schneller
und/oder mit einer höheren Rate zur Verfügung
zu stellen und dennoch eine zuverlässige Positionsbestimmung
zu erreichen.
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Als
eine Aufgabe der Erfindung kann deshalb angesehen werden, eine Vorrichtung
zu schaffen und ein Verfahren bereitzustellen, welche eine zuverlässigere
Positionsauflösung ermöglichen und engere Fahrwege
erlauben und darüber hinaus eine verbesserte Robustheit
gegenüber teilweise verschmutzten oder beschädigten
Positionsmarken gewährleisten. Außerdem soll mit
einfachen Mitteln die Messgenauigkeit der Positionsbestimmung für
Systeme mit hoher Dynamik gesteigert werden.
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In
einem ersten Aspekt wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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In
einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit
den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
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Bevorzugte
und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und bevorzugte Durchführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
Vorrichtung der oben genannten Art ist durch ein Fahrzeug weitergebildet,
welches entlang einer Bahn in einer Bewegungsrichtung beweglich
ist und mit einem optischen Positionsmarkenleser zum linienweisen
Abtasten von Positionsmarken ausgestattet ist. Diese Positionsmarken
sind entlang der Bahn in festgelegter Orientierung angeordnet, wobei der
Positionsmarkenleser Mittel zur Mehrfachabtastung einzelner Positionsmarken
in einer Mehrzahl zueinander beabstandeter Linien aufweist.
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Mit
der Mehrfachabtastung einzelner Positionsmarken durch die Mittel
des Positionsmarkenlesers in einer Mehrzahl zueinander beabstandeter
Linien ist der Vorteil verbunden, dass von den beabstandeten Linien,
welche die Positionsmarke in ihrer flächigen Ausdehnung
linienförmig abtastet, lediglich eine dieser Mehrzahl von
abgetasteten Linien den vollen codierten Inhalt aufweisen muss,
um eine korrekte Positionsbestimmung für das Fahrzeug festzulegen.
Der gesamte übrige Bereich kann beschädigt und/oder
von Verschmutzungen bedeckt sein. Die Wahrscheinlichkeit, beschädigte
und/oder stark verschmutzte Positionsmarken noch eindeutig zuordnen zu
können, wird damit gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen
und Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Fahrzeugs deutlich
vergrößert und damit wird die Zuverlässigkeit
der Positionsbestimmung erhöht.
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Das
Verfahren der oben genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch
weitergebildet, dass zum Bestimmen einer Position eines Fahrzeugs
mittels eines optischen Positionsmarkenlesers entlang einer Bahn
nachfolgende Verfahrensschritte durchgeführt werden. Zunächst
werden Positionsmarken an der Bahn entlang der Bewegungsrichtung
des Fahrzeugs fixiert. Ferner wird ein optischer Positionsmarkenleser
an dem Fahrzeug in einer vorgegebenen Winkelbeziehung zu den Positionsmarken
der Bahn befestigt. Beim Verfahren des Fahrzeugs oder auch im Standbetrieb
des Fahrzeugs wird dann eine Mehrzahl zueinander beabstandeter Linien
auf einzelnen Positionsmarken zur Mehrfachabtastung einzelner Positionsmarken
generiert. Die dabei gebildeten Abtastsignalfolgen der Mehrfachabtastung
werden unter ausschließlicher Berücksichtigung
der Abtastsignalfolgen, die eine vorgegebene in mehrfacher Übereinstimmung
vollständige Positionsaussage ermöglichen, ausgewertet.
Mit diesem Verfahren wird in vorteilhafter Weise ausgeschlossen,
dass beschädigte oder verschmutzte Positionsmarken zu Fehlpositionsbestimmungen
führen, da eine Mehrzahl von linienförmigen voneinander
beabstandeten Abtastungsspuren über das Muster einer Positionsmarke
gelegt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen
die Positionsmarken eindimensionale Barcodes auf, die derart ausgerichtet
sind, dass sie zu der festgelegten Orientierung der Bahn einen Winkel
aufweisen, so dass die Mehrzahl der zueinander beabstandeten Linien
die eindimensionalen Barcode-Balken kreuzen. Dazu weist der Positionsmarkenleser
eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Positionsmarken und ein bewegliches
Spiegelsystem zur Ablenkung eines Lichtstrahls der Lichtquelle in
unterschiedlichen Abtastwinkeln auf eine einzelne Positionsmarke
auf. Darüber hinaus weist der Positionsmarkenleser einen
Empfänger zum Empfangen von Abtastsignalen auf.
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Das
bewegliche Spiegelsystem hat vorzugsweise mindestens einen um eine
Drehachse drehbaren facettierten Spiegel, dessen Facetten zum Generieren
der Mehrzahl zueinander beabstandeter Linien auf einer einzelnen
Positionsmarke in unterschiedlichen Winkeln zu der Drehachse angeordnet
sind. Durch die Drehbewegung des facettierten Spiegels ergibt sich
dann automatisch eine Mehrzahl von beabstandeten Abtastlinien, die über
die Fläche der abzutastenden Positionierungsmarke verteilt
sind.
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Um
die Zuverlässigkeit der Positionsaussage weiter zu verbessern,
weist die Vorrichtung eine Zeitmesseinrichtung und eine Datenverarbeitungseinrichtung
auf. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann die Geschwindigkeit
und Beschleunigung des Fahrzeugs mit Hilfe der Identifizierung der
vom Fahrzeug passierten Positionsmarken der Bahn berechnen. Mit
einer derartigen Zeitmessung und einer Extrapolation auf die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs bzw. auf die Beschleunigung des Fahrzeugs können vollständig
unlesbare Positionsmarken in vorteilhafter Weise überbrückt
werden, wenn vorher mindestens zwischen zwei ausgewerteten Positionsmarken eine
Zeiterfassung mit Geschwindigkeitsbestimmung durchgeführt
werden konnte. Das erfindungsgemäße Verfahren,
bei welchem es sich um ein Auflichtverfahren handelt, kann insbesondere
auch eine Positionsinformation für ein stillstehendes Fahrzeug
liefern.
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Zur
weiteren Verbesserung der Zuverlässigkeit der Bestimmung
einer Wegstrecke, welche das Fahrzeug seit einer letzten bekannten
Positionsmarke zurückgelegt hat, kann eine zusätzliche
oder ergänzende Messmethode für das Fahrzeug vorgesehen
werden.
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Hierzu
wird erfindungsgemäß ein Beschleunigungssensor
verwendet. Ein erster wesentlicher Vorteil kann nun darin gesehen
werden, dass eine deutliche Steigerung der Messgenauigkeit bei dynamischen
Systemen durch den Einsatz eines von den Positionsmarken unabhängigen
Beschleunigungssensors erzielt wird.
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Darüber
hinaus ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber
den Vorrichtungen aus dem Stand der Technik unkompliziert aufgebaut
und das erfindungsgemäße Verfahren ist störungsfrei
durchführbar.
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Als
Positionsmarken können grundsätzlich alle grafisch
darstellbaren Codierungs- und Markierungstypen verwendet werden,
deren Struktur in einem Winkel zu der Bahnorientierung angeordnet
ist, wie es in vorteilhafter Weise bei Barcodes der Fall ist.
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Damit
eine festgestellte Relativposition zu einer bestimmten Positionsmarke
grundsätzlich eindeutig einer bestimmten Ist-Position des
Fahrzeugs zugeordnet werden kann, ist es weiterhin bevorzugt, wenn
die verwendeten Positionsmarken unterschiedlich sind, also mittels
einer Impulszähleinrichtung eindeutig unterschieden werden
können.
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Für
die Erkennung und Auswertung der Barcodes mit Hilfe von Lichtstrahlen
ist es zweckmäßig, wenn der Abstand zwischen einzelnen
Barcodes mindestens so groß ist wie die kleinste in den
Barcodes auftretende Struktur, also mindestens so groß wie
eine minimale Informationseinheit, insbesondere mindestens so groß wie
ein Bit des Barcodes. Grundsätzlich kann die von dem Fahrzeug
in einem Zeitraum von einem zurückliegenden Positionsdatum
bis zu einem Abfragezeitpunkt zurückgelegte Wegstrecke
durch Integration der von dem Beschleunigungssensor in diesem Zeitraum
aufgenommenen Messdaten unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des
Fahrzeugs zu Beginn des Zeitraums bestimmt werden. Für
Konsistenztests kann beispielsweise die zurückgelegte Wegstrecke
auch ausgehend von unterschiedlichen bekannten zurückliegenden
Positionen bestimmt werden.
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Bei
einer einfachen Variante wird die aktuelle Position des Fahrzeugs
als Summe des letzten Positionsdatums und der seither zurückgelegten
und auf Grundlage von Messdaten des Beschleunigungssensors bestimmten
Wegstrecke bestimmt.
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Wegen
des zugrunde liegenden Messprinzips liegt bei dem hier beschriebenen
Verfahren eine präzise Positionsinformation immer dann
vor, wenn eine Positionsmarke von dem Positionsmarkenleser ausgewertet
und zumindest die zu dieser Positionsmarke gehörende Relativposition
des Fahrzeugs aufgrund einer vorgegebenen Winkelbeziehung ermittelt ist.
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Dies
ermöglicht eine weitere vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens, bei welcher der Beschleunigungssensor durch Vergleich von
zurückliegenden mit Hilfe der Positionsmarken bestimmten
Positionsdaten mit denjenigen Positionsdaten, die sich auf Grundlage
von Messdaten des Beschleunigungssensors ergeben, geeicht wird.
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Insbesondere
kann der Beschleunigungssensor geeicht werden durch Vergleich des
letzten Positionsdatums mit der Position, welche sich aus dem vorletzten
Positionsdatum und der zwischen den Aufnahmezeitpunkten des vorletzten
und des letzten Positionsdatums zurückgelegten und auf Grundlage
der Messdaten des Beschleunigungssensors bestimmten Wegstrecke ergibt.
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Besonders
bevorzugt kann dabei der Beschleunigungssensor im laufenden Betrieb
kontinuierlich nachgeeicht werden.
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Die
Beschleunigungsdaten können außerdem herangezogen
werden, um beispielsweise eine Information über den technischen
Zustand des fraglichen Fahrzeugs und insbesondere darüber
zu erhalten, ob demnächst eine Wartungsphase durchzuführen
ist. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird demgemäß ein Fehlersignal ausgegeben,
wenn die Beschleunigung des Fahrzeugs über einen festgelegten
Zeitraum innerhalb oder außerhalb eines ebenfalls festgelegten
Wartungsintervalls liegt.
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Dabei
kann die Informationsgrundlage verbreitert werden, wenn auch Beschleunigungen
des Fahrzeugs quer zu seiner Hauptbewegungsrichtung und Orientierung
gemessen und mitprotokolliert werden. Zweckmäßig
wird hierfür ein zweiachsiger Beschleunigungssensor eingesetzt,
der zum Messen einer Beschleunigung des Fahrzeugs in einer X- und
in einer Z-Richtung ausgelegt ist. Als X-Richtung kann dabei eine
Hauptbewegungsrichtung des Fahrzeugs angesehen werden und die Z-Richtung
ist dann eine Richtung quer zur Hauptbewegungsrichtung des Fahrzeugs.
Der zweiachsige Beschleunigungssensor ist dementsprechend bevorzugt
so an dem Fahrzeug positioniert, dass die erste Messachse in Richtung
der Hauptbeschleunigungsrichtung des Fahrzeugs und die zweite Messachse
in Richtung quer zur Hauptrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist.
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Beispielsweise
ist bei einer solchen Vorrichtung auch eine Verfahrensvariante möglich,
bei der ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn ein integral der
Beträge der Beschleunigung des Fahrzeugs quer zu seiner
Hauptbewegungsrichtung einen festgelegten Grenzwert überschreitet.
Man erhält so außerdem eine Information über
die Qualität der Bahn, beispielsweise von Rollschienenbahnen
oder von Bahnen mit einer zweidimensionalen Abrollfläche.
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Beispielsweise
können für eine Einschienen-Hängebahn,
für welche im Wesentlichen die Position in Verfahrrichtung
bestimmt wird, mit Hilfe eines zweiachsigen Beschleunigungsmessers
außerdem Unregelmäßigkeiten der Bahn
oder der Schienen oder mögliche Defekte am Fahrzeug festgestellt
werden. Die erforderlichen Rechen- und Auswerteschritte des erfindungsgemäßen
Verfahrens können bevorzugt mit Hilfe der in dem Positionsmarkenleser
angeordneten Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt werden.
Nach einer grundsätzlich bekannten Weise kann dazu ein
Computerprogramm auf einem computerlesbaren Datenträger,
insbesondere in einem ROM eines Mikrocontrollers oder eines programmierbaren
Halbleiterbausteins gespeichert sein.
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Das
Fahrzeug, dessen Position zu bestimmen ist, kann bevorzugt eine
Einschienenhängebahn, ein regelbares Regalbediengerät,
ein Teil einer Krananlage oder ein Teil von sonstigen, gegenüber einer
vorgegebenen Fläche, insbesondere in einer vorgegebenen
Winkelbeziehung, verfahrbaren Geräten, sein.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nachstehend
mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.
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Hierin
zeigt:
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1:
eine Prinzipskizze einer Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung;
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2:
eine schematische perspektivische Ansicht eines Drehspiegels;
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3:
eine schematische Ansicht einer Messsituation von Positionsmarken
einer Bahn und
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4:
eine schematische Ansicht der Verläufe der Ortskoordinate,
der Geschwindigkeit und der Beschleunigung für ein Fahrzeug,
dessen Position mit einem Durchführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens bestimmt wird.
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1 zeigt
eine Prinzipskizze einer Vorrichtung 1 gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 1 dient
der Bestimmung einer Position 17 eines Fahrzeugs 2,
das entlang einer Bahn 3 in einer Bewegungsrichtung K beweglich
ist. Dieses Fahrzeug weist einen optischen Positionsmarkenleser 4 auf,
der linienweise Positionsmarken 5, welche entlang der Bahn 3 in
festgelegter Orientierung angeordnet sind, abtastet. Dabei weist
der Positionsmarkenleser 4 Mittel 6 zur Mehrfachabtastung
einzelner Positionsmarken 5 in einer Mehrzahl zueinander
beabstandeter Abtastlinien a', b', c', d', e' und f' auf.
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Dazu überstreicht
ein durch ein Spiegelsystem 8 abgelenkter Lichtstrahl 9 einer
Lichtquelle 7 die Abtastlinien a' bis f'. In dieser Ausführungsform
wird zum Generieren der beabstandeten Abtastlinien a', b', c', d',
e' und f' ein hexagonaler Drehspiegel 12 eingesetzt, der
um seine Drehachse 11 rotiert. Der Lichtstrahl 9 wird
in der gezeigten Darstellung von einer Spiegelfacette c in Richtung
auf die Abtastlinie c' abgelenkt. Mit den nachfolgenden Spiegelfacetten
d, e und f wird der Lichtstrahl 9 von der Abtastlinie c'
ausgehend nach oben und in Fahrtrichtung K des Fahrzeugs 2 verschoben,
wobei die Spiegelfacetten dazu unterschiedliche Kippwinkel gegenüber
der Drehachse 11 aufweisen. Somit erzeugen die Spiegelfacetten übereinanderliegende
Abtastlinien.
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Als
weitere Mittel 6 weist der Positionsmarkenleser 4 in
einem gemeinsamen Gehäuse 18 einen Empfänger 10 auf,
der die reflektierten Abtastimpulse empfängt und mit Hilfe
einer Datenverarbeitungseinrichtung 14 auswertet. Von den
Positionsmarken 5 zurückgestreutes Licht gelangt über
die jeweilige Spiegelfacette auf einen Strahlteiler 22 und
von dort über einen Spiegel 23 auf den Empfänger 10.
Der entsprechende Strahlengang ist mit dem Bezugszeichen 24 gekennzeichnet.
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Zusätzlich
weist die Vorrichtung 1 ein Mittel zur Zeiterfassung auf.
Mit Hilfe einer entsprechenden Zeitmesseinrichtung 13 kann
sowohl die Geschwindigkeit v als auch die Beschleunigung k aus der
Impulsfolge der Abtastimpulse des Empfängers 10 extrapoliert
werden.
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Durch
die Mehrfachabtastung einer Fläche 19 einer einzelnen
Positionsmarke 5 in der hier gezeigten Position 17 ist
es möglich, Beschädigungen im Bereich der Abtastmar ken 5 und/oder
Verunreinigungen derselben zu tolerieren, da mehrere Impulsfolgen
von Abtastlinien a' bis f' für ein und dieselbe Positionsmarke 5 ausgegeben
werden können, was die Zuverlässigkeit der Abtastung
und damit die Zuverlässigkeit der Ortsbestimmung erhöht.
Neben der Zeiterfassungseinrichtung 13 kann das Fahrzeug 2 ein
weiteres Mittel zur Erfassung der Position, der Geschwindigkeit
und der Beschleunigung aufweisen. Wie 1 zeigt,
kann das Fahrzeug 2 einen von der Positionsmarkenauswertung
unabhängigen Beschleunigungssensor 15 besitzen.
Der Beschleunigungssensor 15 kann einerseits Beschleunigungen in
der Hauptbewegungsrichtung K erfassen und kann darüber
hinaus so ausgebildet sein, dass er zweiachsige Beschleunigungsmessungen
durchführt und damit zusätzlich in der vertikalen
Richtung Z Beschleunigungen erfasst. Diese treten dann auf, wenn
das Fahrzeug 2 auf Schienen fährt, die Unebenheiten aufweisen.
Entsprechend können Grenzwerte für die vertikale
Beschleunigung in Achsrichtung Z festgelegt werden, um bei Überschreiten
dieser Grenzwerte eine Korrektur der Ausrichtung der Schienen, auf denen
beispielsweise das Fahrzeug 2 fährt, durchzuführen.
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Während
der Drehspiegel 12 gemäß 1 einen
hexagonalen Querschnitt mit sechs Facetten a bis f aufweist, zeigt
der Drehspiegel 12 der 2 ein Oktagon
im Querschnitt zur Mehrfachabtastung einer Positionsmarke 5 mit
zueinander beabstandeten Abtastlinien a' bis h', die von acht Spiegelfacetten
a bis h des Drehspiegels 12 generiert werden. Dieser Spiegel 12 rotiert
um eine vertikale Achse 11 in vertikaler Richtung Z, wobei
zum Generieren unterschiedlicher Abtastwinkel γ, beispielsweise
zwischen den von den Spiegelfacetten a und b reflektierten Strahlen
A' und B', die Facette a gegenüber der Drehachse 11 in
Richtung FA um den Winkel α gekippt und die Facette b in
Pfeilrichtung FB um den Winkel β gegenüber der
Achsrichtung Z des Drehspiegels 12 gekippt sind. Gestrichelt
gezeichnet ist der Strahl B', der auf die Bahn 5 fällt,
wenn in der in 2 gezeigten Situation der Spiegel
um 45° weitergedreht ist und entsprechend der Lichtstrahl 9 an
der Spiegelfacette b reflektiert wird.
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3 zeigt
eine schematische Ansicht einer Messsituation von Positionsmarken 5 einer
Bahn 3, die von mehreren parallelen Abtastlinien a' bis
h' des in 2 gezeigten oktagonalen Drehspiegels
abgetastet werden. Dazu weisen die Positionsmarken 5 Barcodes 16 auf,
wobei eine Positionsverschiebung von beispielsweise drei Einheiten
zwischen den jeweiligen Positionsmarken 5 dargestellt sind.
Weisen die Positionsmarken 5 eine Beschädigung 20 oder Schmutzpartikel 21 auf,
so können sie aufgrund der Mehr fachabtastung entlang der
beabstandeten Abtastlinien a' bis h' dennoch vollständig
identifiziert werden, da mindestens eine der Abtastlinien a' bis
h' mit mindestens einem vollständigen Satz von Codeelementen
trotz Beschädigung 20 oder Partikel 21 von
dem Barcode-Leser des hier nicht gezeigten Fahrzeugs erfasst werden
kann.
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4 zeigt
eine schematische Ansicht der Verläufe der Ortskoordinate
s, der Geschwindigkeit v und der Beschleunigung k für ein
Fahrzeug, dessen Position mit einem Durchführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt wird.
Dazu sind die jeweiligen Verläufe des zurückgelegten
Weges s, der Geschwindigkeit v und der zugehörigen Beschleunigung
k für eine abgebremste Bewegung schematisch in 4 dargestellt.
Die Kurve des tatsächlichen Verlaufs der Ortsposition ist
in 4 mit dem Bezugszeichen s1 gekennzeichnet. Die
darüber gezeigte Kurve s2 stellt den auf Grundlage der
zum Zeitpunkt t1 vorliegenden Geschwindigkeit extrapolierten Verlauf
dar. Aus 4 ist unmittelbar ersichtlich,
dass die extrapolierte Kurve s2 zum Zeitpunkt t, zu welchem die
Positionsbestimmung durchgeführt werden soll, deutlich über
dem tatsächlichen Verlauf s1 liegt. Der Grund hierfür
ist die abgebremste Bewegung, welche sich in einer negativen Beschleunigung k < 0 in der Phase
unmittelbar vor dem Zeitpunkt t widerspiegelt.
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Mit
Hilfe des Beschleunigungssensors 15, wie er in 1 gezeigt
wird, können die Werte im unteren Diagramm in 4 als
die genannte negative Beschleunigung k erfasst werden. Auf Grundlage
der so gemessenen Beschleunigungswerte und unter Zuhilfenahme der
letzten Geschwindigkeit und Position kann nun durch Integration
die Ist-Position des Fahrzeugs bestimmt werden. Beispielsweise erhält man
bei einer Beschleunigung von 4 m/s2, was
bei einer Geschwindigkeit von 4 m/s einem Anhalteweg von 2 m entspricht
und einer Zykluszeit von 20 ms, eine Verbesserung gegenüber
den unter Annahme einer festen Geschwindigkeit v extrapolierten
Werten von 0,8 mm.
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Noch
deutlicher werden diese Verbesserungen, wenn beispielsweise Positionsmarken 5,
wie sie in 1 und 3 dargestellt
werden, auf der Bahn 3 fehlen oder schlecht lesbar sind,
wenn also die letzte bekannte Orts- und Geschwindigkeitsinformation vergleichsweise
lange zurückliegt. Auch bei Messsituationen, in denen aus
sonstigen Gründen die Abstände zwischen den einzelnen
Positionsmarken 5 groß sind, wie beispielsweise über
dem Bereich von Dehnungsfugen in großen Fertigungshallen,
kann die vorliegende Erfindung mit Integration eines Beschleunigungssensors
in den Positionsmarkenleser nutzbringend eingesetzt werden.
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Durch
die Mehrzahl der Nachweisstrahlen kann auch eine zufällige
Beobachtung der direkten Reflexion, welche wegen des verschlechterten
Kontrasts unerwünscht ist, vermieden werden. Die Erfindung
ist deshalb auch für Anwendungen geeignet, bei denen sich
das zu überwachende Fahrzeug auf einer Kurvenbahn bewegt.
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Mit
dem vorliegenden Verfahren und der hier beschriebenen Vorrichtung
wird ein neues optisches Positionssystem bereitgestellt, welches
mit einfachen Mitteln eine deutliche Steigerung der Zuverlässigkeit
und der Messgenauigkeit bei dynamischen Bewegungen des Fahrzeugs
ermöglicht. Eine bevorzugte Verwendung findet diese erfindungsgemäße Vorrichtung
bei Einschienen-Hängebahnen, Regalbediengeräten,
Krananlagen oder bei Teilen von sonstigen gegenüber einer
vorgegebenen Fläche in einer vorgegebenen Winkelbeziehung
verfahrbaren Geräten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19910933
B4 [0002]
- - US 5286961 [0004]
- - US 5975418 [0004]
- - US 2003/0090805 A1 [0004]
- - EP 0039921 A1 [0005]
- - DE 3825097 A1 [0005]
- - EP 0116636 A1 [0005]