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Regalförderzeug mit einem Näherungsgeber mit zwei Signalgebern Die
Erfindung betrifft ein Regalförderzeug mit einem Näherungsgeber mit zwei seitlich
voneinander angeordneten Signalgebern zur horizontalen Feinpositionierung eines
in Regalfächer einfahrbaren Lastträgers, wobei der Näherungsgeber mit einer definierten
Signalfläche zusalr.menwirktg welche sich vorzugsweise an einem vertikalen Tragelement
des Regals befindet Bei einer bekannten Anordnung dieser Art erfolgt die Feineinsteuerung
eines Lastträgers in Regalfächer ebenfalls durch zwei seitlich voneinander angeordnete
Signal geber und mindestens je einen huber und unter diesen angeordneten Signalgeber
an dem Regalbedienungsgerät. Die Signalgeber arbeiten mit Signalflächen zusammen,
welche sich an den Regalen befinden, und dieexakte Position des Lastträgers wird
dadurch bestimmt, daß die Projektion der beiden seitlich voneinander angeordneten
Signalgeber und eines der oberen oder unteren Signalgeber innerhalb der Signalfläche
liegt Eine sol.che Anordnung arbeitet
grundsätzlich zufriedenstellend,
jedoch muß pro Fach eine definierte Signal fläche angebracht werden, an deren Oberflächenqualität
infolge der verwendete Lichtschranken und der speziellen Art der Feineinsteuerung
hohe Ansprüche zu stell.en sind. Es besteht die Gefahr, daß diese in der Regel angeklebten
Signalflächen sich lösen oder bei Renovierungsarbeiten beispielsweise überstrichen
werden. Die Funktions- und Betriebssicherheit einer derartigen Anordnung ist trotz
hoher Aufwendungen nicht gewähr; leistet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfacheren Mitteln
einem exakte und betriebssichere Steuerung zur horizontalen Feinpositionierung eines
Regalförderzeuges zu schaffen, wobei die Feinsteuerung jeweils an der Stelle erfolgen
soll, an der sich der Lastträger gerade befindet, um von horizontalen Auslenkungen
der vertikalen Tragelemente des Regals unabhängig ist, Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die beiden Signaigeber nach Art von Lichtschranken ausgebildet
und zu der Signalfläche so angeordnet sind, daß die linke und die rechte Kante der
Signalfläche mt je einem Lichtstrahl erfaßt und nach Reflexion der Lichtstrahlen
an der Signalfläcbe die reflektierten Lichtleistungen des rechten und des linken
Lichtstrahls zur Feinposition miteinander verglichen werden.
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Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Lichtstrahlen moduliert
sind Dabei genagt es, wenn die Lichtstrahlen an der lackierten oder verzinkten Oberfläche
der vertikalen Tragelemente reflektiert werden. Während bei Hochregallagern bisher
an jedes Regalfach ein Reflektor montiert werden mußte, können diese bei der erfindungsgemäßen
Ausbildung entfallen, wodurch erhebliche Kosten für Lohn, Montage und Wartung entfallen.
Durch
die Modulierung der Lichtstrahlen werden Fehler durch fremde
Lichtquellen weitgehend ausgeschaltet.
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Bei der Feinpositionierung mit nur einer Lichtquelle kann ein Fehler
von der Größe des vom Empfänger ausgewerteten Strahldurchmessers des Lichtstrahls
auf der Signalfläche, z.B, auf dem vertikalen Tragelement des Regals auftreten.
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Wird der Durchmesser des Lichtstrahls mit üblichen Linsensystemen
verkleinert, so tritt bei gleichem Abstand ein entsprechender Licht-Laistungsverlust
auf, was z.B.bei Verwendung von Galliumarsenid-Dioden als Lichtquellen durch Dioden
entsprechend höherer Ausgangsleistung relativ teuer erkauft werden muß. Durch die
Verwendung von zwei Lichtstrahlen und Differenzbildung der reflektierten Lichtleistu.ngen
wird auch bei größerem Strahlendurchmesser ohne großen -Mehraufwand eine sehr exakte
Positionierung ermöglicht.
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Wird auf der linken und der rechten Seite der Signalflächen an den
vertikalen Tragelementen ein gleicher Reflexionsgrad vorausgesetzt, so ist auch
bei großem Strahldurchmesser eine exakte Positionierung möglich, wenn die reflektierte
Lichtleistung der linken Seite mit derjenigen der rechten-Seite verglichen wird.
Dabei muß selbstverständlich der Fall, daß die reflektierte Lichtleistung von beiden
Lichtstrahlen gleich Null ist, mittels eines Schwellwertschalters ausgeklammert
werden.
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Ändert sich der Reflexionsgrad zwischen der linken und der rechten
Seite der reflektierenden Fläche beispielsweise durch Verschmutzung, so tritt ein
Positionierungsfehler auf.
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Wenn dieser im Normalfall auch innerhalb der zulässigen Toleranz liegen
dürfte, so soll hier trotzdem Abhilfe geschaffen werden. Dies wird in sehr einfacher
und vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß die LichtstEhlen in der
Soll-Position
des RegalförderzeuÓes so einjustiert werden, daß die Strahlenbündel der beiden Lichtquellen
jeweils nur zu einem geringen Teil auf die beiden Rander der Signalfläche, z.B,
an einem vertikalen Tragelement auftreffen, und daß zum Ausgleich von Reflexionsunterschieden
zwischen den Ausgängen von zwei Empfängern für die reflektierten Lichtleistungen
des rechten und des" linken Lichtstrahls und einem Vergleicher je ein Begrenzerverstärker
angeordnet ist.
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Hicrdurch kann der entstehende Positionierungsfehler theoretisch beliebig
verk}einert werden.
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Weitere Eirlzelheiten der Erfindung sind anhand der Abbildungen näher
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen NSherungsgebers
für ein Regalförderzeug, Fig. 2 ein Diagramm zur ErlSuterung der Wirkungsweise des
Näherungsgebers gemäß Fig. 1, Fig. 3 eine Weiterbildung des Näherungsgebers gemäß
Fig. 1 und Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Näherungsgebers
gemäß Fig. 3.
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In Fig. 1 ist mit 10 ein vertikales Tragelement eines Regals bezeichnet,
welches häufig auch als Steher bezeichnet wird.
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Ein Näherungsgeber zur horizontalen Feinpositionierung eines nicht
dargestellten Lastträgers vor den einzelnen Fächern des Regals ist mit zwei Signalgebern
aufgebaut und enthält im einzelnen zwei Lichtquellen 11 und 12, deren am Steher
reflektierte Lichstrahlen S1 und S2 von zwei Empfängern E1 und E2
aufgenommen
werden. Die aufgenommenen Lichtleistungen werden in den beiden Empfängern 71 und
E2 in jeweils eine Spannung u1 bzw. u2 umgewandelt, welche einem Vergleicher 13
zugeführt werden. In diesem Vergleicher wird die Differenz as den beiden Spannungen
u1 und u2 gebildet, welche die Aussage über die jeweilige Position des Regalförderzeuges
darstellt. Unter der Voraussetzung eines gleichen Reflexionsgrades an der l.inken
und der rechten Kante 15 bzw. 16 des Tragelementes, welches selbst die Signalfläche
10' des Näherungsgebers bildet, ist die Differenz der Spannungen u1 und u bei Erreichen
der Soll-Position gleich Null.
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Die Lichtquellen 11 und 12 strahlen moduliertes Li.cht aus, um Fehlerquellen,
insbesondere durch fremde Lichtquellen, auszuschließen. Die von den Lichtquellen
11 und 12 ausgehenden Lichtstrahlen S1 und 2 werden bei der Anordnung nach Fig.
1 in der Soll-Position des Regalförderzeuges so einjustiert, daß die Strahlenbündel
der beiden Lichtquellen je zur Hälfte auf das vertikale Tragelement auftreffen.
Der Durchmesser der Strahlenbündel ist mit d bezeichnet Die Soll-Position ist bei
x - O eines Koordinatenkreuzes angedeutet.
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In Fig. 2 sind die Ausgangsspannungen u1 und u2 der Empfänger E1 und
E2 über der x-Achse aufgetragen, wobei x ein Maß für die Abweichung des Regalförderzeugs
in horizontaler Richtung von der Soll-Position darstellt. Bei u1 - u2 = O ist die
Soll-Position x = 0 erreicht.
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Ändert sich der Reflexionsgrad an der linken Kante 15 des vertikalen
Tragelements 10, z.B. im Verhältnis 7 : 1, wie in Fig. 2 dargestellt, so gibt der
empfänger E1 nur noch die Spannung u1 ab. Der Positionierungsfehler entspricht der
auf die x-Achse projizierten Strecke zwischen x = 0 und dem
Schnittpunkt
der Kurven u1 und u2, Dieser Schnittpunkt ist mit P' bezeichnet. Der zugehörige
Wert auf der x-Achse ist x'. Der Wert u1' - u2 weicht entsprechend der Änderung
des Reflexionsgrades zwischen den beiden Signalgebern vom Idealwert Null ab. Der
Durchmesser d des Lichtstrahles entspricht auf der x-Achse des Koordinatensystems
dem Wert von x zwischen der Änderung der beiden Spannungen von ihrem Maximal- zu
ihrem Minimalwert.
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Durch die in fig. 3 dargestellte zusätzliche Verwendung von zwei Begrenzervestärkern
V1 und V2 kann der durch Reflexionsunterschiede entstehende Positionierungsfehler
verkleinert werden. Diese Verkleinerung des Fehlers ist aus Fig. 4 ersichtlich.
Bei sonst gleichen Verhältnissen wie in den Abbildungene 1 und 2 verkleinert sich
der Positionierungsfehler von #x1 auf #x2. Der Wert von #x2 kann theoretisch beliebig
verkleinert werden. Die Strahlenbündel der beiden Signalgeber sind dabei in der
Soll-Position x = 0 so einjustiert, daß sie nicht wie in Bild 1 je zur Hälfte, sondern
nur noch zu einem geringen Teil auf der Signalfläche 10' an dem vertikalen Tragelement
auftreten. In Fig. 4 ist eine Begrenzungsschwelle sichtbar, oberhalb der die Linien
nur gestrichelt weitergeführt sind bis zu den Maximalwerten von u1 und u2 ohne Begrenzung.
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Die Begrenzungschwelle ist in Fig. 4 bei 14 angedeutet.
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Die Feinpositionierung eines Regalförderzeuges in einem Hochregallager
bezüglich eines Regalfaches soll in horizontaler Richtung gemäß der Erfindung mit
Hilfe der Steher des Hochregallagers erfolgen, da sich unter der Last die Steher
verbiegen und eine Feinpositionierung an der Schiene zu ungenau ist. Dabei l sich
die bisher verwendeten Reflektoren an den Stehern erfahrungen, wodurch erhebliche
Montage- und Wartungskosten
wegfallen. Di.e erfindungsgemäße Feinpositionierung
des Regalföruerzeuges arbeitet mit einem optischen System und somit berührungslos
und verschleißfrei. Bei einer bevorzugten Aus führungs form werden dabei die linke
und die rechte Steher kante mittels zweier modulierter Infrarotstrahlen erfaßt.
Durch eine geeignete Optik und eine geeignete Auswertung nach dem Differenzverfahren
kann auch bei stark schwankendem Reflexionsgrad des Stehers die geforderte Positioniergenauigkeit
erreicht und unter normalen Bedingungen erheblich übertroffen werden. Durch ein
geeignetes Modulations- und Auswerteverfahren wird unter Einfluß jeglicher Art von
Fremdlicht eine Fehlpositionierung vermieden. Der geforderte-Temperaturbereich wird
durch den Einsatz entsprechender Bauelemente erreicht, die stoßfeste Ausführung
durch einen geeigneten mechanischen Aufbau.
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Die Abtastung des Stehers durch Wellen ist gegenüber einer mechanischen
Abtastung des Stehers oder einer Abtastung durch statische, elektrische oder magnetische
Felder deshalb vorteilhafter, weil eine mechanische Abtastung Schwierigkeiten beim
überfahren der Feinposition bereitet und eine Abtastung durch statische Felder wegen
der nicht gerichteten Ausbreitung dieser Felder bereits bei einer Entfernung von
ca. 15 cm eine Abtastung mit der geforderten Genauigkeit nur noch mit sehr erheblichem
Aufwand gestattet. Durch die Anwendung von Wellen kann eine gerichtete Ausbreitung
erreicht werden, sofern die abstrahlende Fläche wesentlich größer ist als die Wellenlänge,
da von jedem Punkt einer Wellenflächeeine kugelförmige Elementarwelle ausgeht (Huygens
-Fresnels ches -Prinzip).
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Weiterhin können aufgrund des Beugungseffektes von Wellen zwei Punkte
eines Gegenstandes nur dann getrennt erfaßt werden, # D . a wenn # ist, wobei #
die Wellenlänge, D den minimalen
Durchmesser der Eintrittsöffnung
des Empfängers für die Wellenfront, a den Abstand der zu trennenden Objektpunkte
und e die Entfernung des Objektes vom Empfänger bedeutet. Beiden zuvor genannten
Forderungen für ein Ausführung'3beispiel ergibt sich also eine maximale Wellenlänge
von 30 mm . 2 mm = = 0,36 mm, 165 mm wenn als Empfängereintrittsöffnung z.B. bis
zu 30 mm Durchmesser zugelassen werden und keine Anforderungen an die Tiefenschärfe
gestellt werden.
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Wegen dieser Zusammenhänge ergibt sich für akustische Wellen bei einer
Ausbreitungsgeschwindigkeit in Luft von V = 330 m/sec eine Mindestfrequenz von V
330 . 10³ mm = = = 920 kHz.
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min Ämax 0,36 mm . sec Selbst bei einer Empfängereintrittsöffnung
von 300 mm ergeben sich noch so hohe Frequenzen (92 kHz), daß die akustischen Wandler
unwirtschaftlich werden.
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Bei elektromagnetischen Wellen dagegen ergibt sich die Mindestfrequenz
zu # 3 . 1011 mm f = 835 GHz.
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0,36 mm sec Mit ausreichender Leistung sind diese Frequenzen wirtschaftlich
mit Glühlampen, Gasentladungslampen oder Ga As-Dioden zu erzeugen. Glühlampen haben
den Nachteil, daß sie relativ schnell altern und nur mit sehr niedrigen Frequenzen
f # 100 Hz)
modulierbar sind. Das bedingt erhöhte Wartungskosten
sowie erhöhte Empfindlichkeit des Empfängers gegen Frerndlicht. Eine Modulation
durch Unterbrechung des Strahlenganges ist prinzipiell möglich, erfordert jedoch
mechanisch bewegte Teile.
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Eine Modulation durch Kerr-Zellen ist zu teuer.
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Gasentladungslampen haben ebenfalls eine beschränkte, wenn auch höhere
Lebensdauer als Glühlampen. Die Modulationsfrequenz kann z.B, bei Stroboskop-Lampen
bis zu einigen kHz.betragen. Nachteilig ist die hohe Betriebsspannung von Stroboskop-Lampen
von 400 bis 1 000 V sowie die großflächigeAbstrahlung der Lichtleistung. Da .bei
stark scbwankendem Reflexionsgrad des Stehers die Positionsgenauigkeit gleich dem
Strahldurchmesser des Lichtstrahls auf dem Steher sein kann, erfordern großflächige
Strahlen eine verk-leinerte Abbildungdes Strahles auf dem Steher. Außerdem müssen
zur Abbildung Linsen mit kleinem Öffnungsverhältnis verwendet; werden, um eine ausreichende
Tiefenschärfe zu erhalten. Das bedingt einerseits eine erhöhte Baulänge und andererseits
eine geringe Leistungsausbeute.
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Ga As-Dioden haben den Vorteils d aß-die strahlende Fläche wesentlich
kleiner ist - maximal 1,5 . 1,5 mm - und daß praktisch eine unbegrenzte Lebensdauer
erzielt werden kann.
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Weitere Vorteile sind die kleine Betriebsspannung von ca.
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1,5 V, die sehr hohe maximale Modulationsfrequenz-bis ca.
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100 oder gar 500 MTIz sowie die kleine Baugröße. Bei hoher" Modulationsfrequenz
werden ca. 1 bis 10 mW abgestrahlte Leistung benötigt.
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Zur Abbildung der Ga As-Dioden auf dem Steher und zur Abbildung der.
Steherlichtflecken auf dem Empfänger eignen sich Objektive besser als unkorri.gierte
Linsen. Durch die kleinere sphärische Aberration und den kleineren Astigmatismus
der
Objektive ergibt sich bei gleicher Brennweite ein kleinerer
und schärfer begrenzter Strahldurchmesser. Dadurch ist die Änderung der Positioniergenauigkeit
bei Änderung des Steherreflexionsgrades bei einem Objektiv geringer als bei einer
gewöhnlichen Linse. Objektive mit kurzer Brennweite haben gegenüber Objektiven mit
langer Brennweite bei gleichem Durchmesser den Vorteil einer höheren Lichtausbeute,
einer größeren Tiefenschärfe und einer kleineren Baulänge des Gebers. Durch die
größere Tiefenschärfe ist ciie Durchmesseränderung des I,ichtfleckes auf dem Steher
innerhalb des Toleranzbereiches des Abstandes Steher-Geber geringer. Die stärkere
Vergrößerung von Objektiven mit kurzer Brennweite kann bis zu einem gewissen Grad
in Kauf genommen werden. Dabei sollte der Winkel, mit dem die Objektive gegen die
Mittelachse gerichtet sind, so klein gewählt werden, daß der Empfänger E nur innerhalb
des geforderten Toleranzbereiches vom Sender nicht getroffen wird. Dadurch werden
Fremdgegenstände außerhalb des Toleranzbereiches voni Geber nicht mehr erfaßt. Ein
ursprünglich angesetzter Einfallswinkel von 1150 konnte wegen der guten Tiefenschärfe
der Objektive verringert werden. Infrarot filter vor den Objektiven ergeben eine
Verbesserung des Störabstandes gegenüber Fremdlicht.
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Um den Einfluß von Umweltlicht weitgehend auszuschalten, wird das
Senderlicht moduliert. Dazu eignen sich Sinus- oder Rechteckmodulation. Die Sinusmodulation
ergibt nun - gleiche Mcßfrequenz bein Sinus- und Rechteck verfahren vorausgesetzt
-ein etwas besseres Signal-/ Rauschverhältnis als das Rechteckverfahren, jedoch
kann beim Rechteckverfahren ein codiertes Signal gesendet werden, so daß sich damit
eine wesentlich höhere Störunempfindlichkeit gegen Fremdlicht erreichen läßt.
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Der Abstand der Sendeimpulse soll nicht konstant sein, damit
insbesondere
auch eine periodische Störung mit großer Sicherheit erkannt werden kann. Weiterhine
ist es vorteilhaft, wenn die Logik die Empfangsimpulse nur im letzten Viertel der
Impulsdauer auswertet, um Anstiegszeiten und Einschwingungsvorgänge zu unterdrücken.