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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positions-
und Lagebestimmung beim Bewegen von Transportobjekten auf Förderern.
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Beim
Bewegen oder Verfahren von Transportobjekten, wie z. B. Paletten,
Kartons, Kästen usw.,
ist die Positions- und Lagebestimmung der Objekte auf einer Fördereinrichtung
von Bedeutung. Daher existiert bereits eine größere Anzahl von Lösungen,
mit denen diese Bestimmung erfolgen soll. Den nächstliegenden Stand der Technik
bilden zusätzlich installierte
Systeme, wie Lichtschranken, Laser, Transponder, GPS-Ortungen, Funkortung
oder ähnliche
Vorrichtungen. Alle Vorrichtungen sind durch einen hohen technischen
Installations- und Wartungsaufwand und hohe Kosten gekennzeichnet.
Das Medium zur Ortung der Transportobjekte muss bei allen genannten
Vorrichtungen freien Zugang zum zu beobachtenden Objekt haben. Gebäudeteile,
Tunnel, Traggerüste,
Schaltschränke
und ähnliche
nicht zu vermeidende technische Enrichtungen führen in der Regel zu einer
zeitweisen Unterbrechung der Positions- und Lagebestimmung.
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Aus
der
EP 0 698 568 ist
eine Einrichtung zum Erkennen von Fördergut auf Förderbahnen,
insbesondere von Stückgut
in Rollenförderern
bekannt, bei der zwischen den Rollen angeordnete Lichttaster vorgesehen
sind, die senkrecht gegen den Boden der Transportobjekte messen
und diese beim Überfahren ihres
Wirkungsbereiches erkennen. Die Förderbahn wird durch die Sensoren
in Blöcke
unterteilt. Der Nachteil besteht in der zusätzlichen Sensorik an der Förderanlage
und dem diskreten Erkennen der Transportobjekte. Bei Förderern
mit geschlossenen Zugmitteln, wie z. B. Gurtförderern, ist diese Einrichtung
nicht anwendbar.
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Die
EP 0 279 559 B1 betrifft
eine Vorrichtung, bei der über
eine nicht näher
beschriebene Anordnung die Kanten der Transportobjekte detektiert
werden. Die Vorrichtung weist eine Zähleinrichtung auf, welche bei
vorbeilaufenden Transportobjekten mit einer geringeren Rate getaktet
wird als in den Räumen zwischen
den Transportobjekten. Aus der Folge der Zählimpulse wird die relative
Position zwischen den Gegenständen
ermittelt. Der Nachteil besteht in der zusätzlichen Sensorik an der Förderanlage
und darin, dass das Erkennen von Transportobjekten nur an einzelnen,
festgelegten Punkten einer Förderanlage möglich ist.
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Gemäß der
DE 102 26 673 A1 wird
eine Förderanlage
in ihre einzelnen Förderer
unterteilt. Beim Eintritt des Transportobjekts in einen Förderer wird dieses über einen
an der Anlage installierten Positionserfassungssensor erkannt und
auf seinem Weg entlang der Förderstrecke
verfolgt. Die Informationen der Sensoren werden über eine Busverbindung an einen „Positionsverwalter" geleitet. Über eine
Steuereinheit werden die Geschwindigkeiten der einzelnen Förderer beeinflusst.
Es wird auch der Einsatz mehrerer Positionserfassungssensoren in
einem Förderer
vorgeschlagen. Der Nachteil dieser Lösung besteht auch hier in der
zusätzlichen
Sensorik mit der erforderlichen umfangreichen Signalübertragung
und -verarbeitung.
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Nach
der JP 2003306217 A wird ein Fördergurt
aus synthetischem Harz mit magnetischem Pulver vermischt und über einen
Metalldetektor werden somit bewegte Objekte erkannt. Diese Lösung ist
nur in dem speziellen Anwendungsgebiet der Gurtförderer anwendbar und erfordert
die aufwendige Herstellung spezieller Gurte.
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Gemäß der
DE 35 13753 A1 werden
die Transportobjekte mit einer seitlich montierten Schaltvorrichtung,
bestehend aus mindestens zwei induktiven Sensoren, ausgerüstet. An
der Förderanlage
befinden sich an bestimmten Zielpositionen ebenfalls induktive Sensoren,
die räumlich
und im Schaltabstand unterschiedlich angeordnet sein können. Erreicht
das Transportobjekt einen Zielpunkt mit übereinstimmender Sensoranordnung,
werden Schaltsignale für
den weiteren Transport, das Umschleusen oder das Anhalten ausgelöst. Auch
der Einsatz dieser Lösung
erfordert die Aus- oder Nachrüstung
der Förderanlage
mit einer zusätzlichen
Sensorik.
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Die
Analyse des Standes der Technik ergibt also eine breite Palette
von Nachteilen der bekannten Lösungen,
die vom begrenzten Anwendungsgebiet über zusätzlichen technischen Aufwand
an den Förderanlagen
bis zu großen
zusätzlichen
Kosten reicht.
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Daher
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu entwickeln, mit der
die Position und Lage von bewegten Transportobjekten auf Förderern
zu bestimmen ist, ohne dass die Förderanlage spezifische Einrichtungen
aufweist und die zudem einfach und zuverlässig sowie kostengünstig sind.
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Diese
Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß den Merkmalen
der Hauptansprüche gelöst. Unteransprüche sind
dabei auf besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen
gerichtet.
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Das
Wesen der Erfindung besteht dabei darin, dass verfahrensgemäß die Positions-
und Lagebestimmung der bewegten Transportobjekte aus der Erfassung
von Merkmalen erfolgen kann, die sich zwangsläufig aus konstruktiven Elementen
der Förderanlagen
sowie einzelner Förderer
ergeben.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, dass mit Sensoren im oder am Transportobjekt die
konstruktiv vorhandenen Baugruppen von Förderern berührungslos und verschleißfrei erfasst
werden können,
um daraus Position und Lage von bewegten Transportobjekten auf Förderern
zu bestimmen, ohne dass die Förderanlage
spezifische Sensoren zur Positions- und Lagebestimmung aufweist.
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Die
Erfindung macht sich insofern die Tatsache zunutze, dass alle Förderer,
wie z. B. Geradrollenförderer,
Schrägrollenförderer,
Kegelrollenförderer,
Gurtförderer,
Kurvenförderer,
Riemenförderer, Kettenförderer,
Plattenförderer,
Seitenpositionierer und ähnliche
Einrichtungen, durch typische konstruktive Merkmale gekennzeichnet
sind, die sie von den anderen Förderern unterscheiden.
Damit wird es möglich,
dass Sensoren, die an einem bewegten Transportobjekt angebracht
sind, beim Bewegen oder Verfahren des Transportobjekts die metallischen
Baugruppen, wie Rollen, Rahmen, Abdeckungen, direkt oder auch durch
nichtmetallische Elemente, wie z. B. Fördergurte, hindurch detektieren.
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Für jeden
Förderer
ergibt sich daraus eine typische Signalfolge, die durch Impulsbreiten,
Impulsbreitenverhältnisse,
Impulsfolgen, Frequenzen oder auch Amplituden gekennzeichnet ist.
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Auch
Abzweigungen im Förderweg,
z. B. bei Drehausschleusern und Pushern, sowie Luftspalte, z. B.
vor und nach den Antriebsrollen von Gurtförderern, können durch das erfindungsgemäße Verfahren an
Hand typischer Signalfolgen eindeutig einem bestimmten Ort zugeordnet
werden.
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Ein
Positionsgenerator mit Datenanalysesystemen innerhalb der erfindungsgemäß beanspruchten
Vorrichtung ordnet die Signalfolgen den einzelnen Förderern,
Abzweigungen und Übergängen zu.
Die Sensoren arbeiten vorzugsweise induktiv, mit einem LC-Resonanzkreis
mit einer Ferritkernspule oder mit einem hochfrequenten elektromagnetischen
Wechselfeld, können
aber auch als kapazitive Sensoren, Ultraschallsensoren, optische
Sensoren und radioaktiv arbeitende Sensoren ausgeführt sein.
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Das
Verfahren ist erfindungsgemäß gekennzeichnet
durch die Positions- und Lagebestimmung von Transportobjekten ohne
zusätzliche
Einrichtungen an Förderanlagen.
Durch die Anordnung eines geeigneten Sensors oder mehrerer Sensoren
am Transportobjekt, vorzugsweise im Boden, der/die z. B. den Unterschied
zwischen metallischen und nichtmetallischen Konstruktionsbaugruppen
detektiert/detektieren, und dessen/deren Signalfolge(n), die durch die
konstruktiv vorhandenen Merkmale der Förderanlage geprägt ist/sind,
wird die Positionsbestimmung des Transportobjekts vorgenommen.
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Beim
Einsatz von mindestens zwei Sensoren, orthogonal zur bevorzugten
Bewegungsrichtung des Transportobjekts angeordnet, kann über die
Phasenverschiebung der Signalfolgen die Lage des Transportobjekts
auf den Förderern
ermittelt werden.
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Ein
weiteres wichtiges Merkmal des Verfahrens ist der Einsatz von mehreren
Sensoren mit unterschiedlicher Detektionstiefe oder von Sensoren mit
variablem Schaltabstand. Dadurch wird die Anzahl der signifikanten
Merkmale der für
die einzelnen Förderer
typischen Signalfolgen erhöht.
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Sensoren
mit vergleichsweise geringem Schaltabstand detektieren z. B. Rollen
eines Rollenförderers,
nicht aber Objekte unter einem Zugmittel, wie z. B. einem Gurt.
Konstruktive Merkmale von z. B. Kegelrollen-, Platten- und Gurtförderern
werden durch Sensoren mit unterschiedlicher Detektionstiefe hochauflösender erkannt
als beim Einsatz von Sensoren mit konstanter Empfindlichkeit.
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Ein
weiteres Merkmal des Verfahrens besteht in der Möglichkeit, die Bestimmung der
Geschwindigkeit der Transportobjekte durch den Einsatz von vorzugsweise
zwei in Bewegungsrichtung räumlich
versetzt angeordneten Sensoren vorzunehmen.
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Das
Wesen der Vorrichtungserfindung besteht in der Anordnung von Sensoren
am bewegten Transportobjekt, dessen Position und Lage zu bestimmen
ist, wobei diese Sensoren in der Lage sind, konstruktive Gegebenheiten
der Förderer
bzw. der Förderanlage
in der Bewegung des Transportobjektes zu erfassen und ihren ausgangsseitigen
Signalfolgen Parameter zu verleihen, mit deren Hilfe die konstruktiven
Gegebenheiten erkannt und als Bais für eine Positions- und Lagebestimmung
genutzt werden können.
Zur eigentlichen Positions- und Lagebestimmung besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung
direkt oder mittelbar einen Positionsgenerator, dessen Speicher
und Datenanalysesystem typische Signalfolgen als Vergleichsbasis
enthält
als auch die fortlaufend erfassten Signale der Sensoren des Transportobjektes
zur Analyse hinsichtlich aktuellen Ortes und Lage aufnimmt.
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Die
Erfindungen werden nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Dabei zeigen
die zugehörigen
Zeichnungen in
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1:
ein Schema einer Stückgutförderanlage
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2:
ein Schema eines Transportobjektes mit Sensoren
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3:
ein Schema zur Einbindung eines Positionsgenerators
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4:
ein Schema typischer Signalfolgen von Gurt- und Rollenförderer
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5:
ein Schema der typischen Signalfolge beim Übergang zwischen Gurt- und
Rollenförderer
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6:
ein Schema der typischen Signalfolgen zweier Sensoren mit unterschiedlichem
Schaltabstand
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Gemäß dem Schema
der 1 kann eine Stückgutförderanlage
unterschiedlich lange Gurtförderer
GU1 bis GU8, Kurvenförderer
K1 bis K5, Geradrollenförderer
GR1 bis GR3, Schrägrollenförderer SR,
Kegelrollenförderer
KR, Riemenförderer
RF, Seitenpositionierer SP, Pusher PU sowie Drehausschleuser DA
aufweisen.
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Gem. 2 sind
als Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung Sensoren S1
bis Sn an einem Transportobjekt TO angeordnet, die z. B. ein Magnetfeld
aussenden und allgemein konstruktiv vorhandene Anlagenelemente eines
Förderers,
wie Tragrollen, Umlenk- und Antriebstrommeln bzw. die in der 2 gezeigte
Rolle R eines Gurtförderers GU,
berührungslos
und verschleißfrei
erfassen. Die Wirkungsrichtung der Sensoren S1 bis Sn ist vorrangig
senkrecht auf die Förderer
ausgelegt, kann aber auch seitlich oder nach oben ausgeführt sein,
wenn dort konstruktiv vorhandene Merkmale detektiert werden sollen.
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Mit
der Anordnung gem. 2 mit ihren berührungslos
und verschleißfrei
arbeitenden Sensoren S1 bis Sn werden bei Kalibrierfahrten eines
mustermäßigen Transportobjekts
TO durch das Abtasten aller konstruktiv vorhandenen Baugruppen der
Förderanlage,
wie Rollen R, Rahmen, Abdeckungen, Abzweigungen, Weichen und ähnlicher
Vorrichtungen, typische Signalfolgen s1 bis sn aufgenommen.
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Diese
bei den Kalibrierfahrten aufgenommen typischen Signalfolgen s1 bis
sn aller Förderer
F, der Übergänge und
Abzweigungen werden in einem Positionsgenerator PG abgelegt.
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Im
Positionsgenerator sind die typischen Signalfolgen aller Sensoren
für jeden
Förderer
einer Förderanlage
gespeichert. Aus der Phasenverschiebung der Signalfolgen s1 und
s2 der Sensoren S1 und S2 wird die Lage (Winkel, Verdrehung) des Transportobjekts
zur Bewegungsrichtung der Förderer
bestimmt. Durch den zeitlichen Versatz der Signalfolgen s1 und s3
der Sensoren S1 und S3 kann die Transportgeschwindigkeit v bestimmt
werden.
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3 zeigt
den Positionsgenerator PG als Datenanalysegerät und die Verbindung seiner
Eingänge
mit den Ausgängen
der Sensoren S1 bis Sn.
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Die
Eingänge
des Positionsgenerators PG übernehmen
die zu analysierenden Signalfolgen s1 bis sn der Sensoren S1 bis
Sn. Im Innern des Positionsgenerators PG laufen die zum erfindungsgemäß beanspruchten
Verfahren gehörenden
Verfahrensschritte des Vergleichens und Bewertens der erfassten
Signale mit typischen Signalfolgen ab, so dass an den Ausgängen des
Positionsgenerators PG Angaben zur Position Pos des Transportobjektes
TO, wie Ort, identifizierter Förderer
Fn, Lage La des Transportobjektes TO zur Bewegungsrichtung (Winkel) und
Fördergeschwindigkeit
v sowie anderer Parameter des Bewegungsszenarios des Transportobjektes TO,
bereitstehen.
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4 zeigt
typische Signalfolgen eines Gurtförderern GU und eines Rollenförderers.
Dabei ist es unerheblich, ob die Rollen R, wie beim Rollenförderer,
direkt durch das Sensorfeld erkannt oder die Elemente eines Gurtförderers
GU, wie Antriebs- und Umlenktrommeln, Tragrollen und Stützkonstruktionen
für den
Gurt, durch den Gurt hindurch detektiert werden. Vorteilhaft ist
der Einsatz von Sensoren mit einer Hysterese im Schaltpunkt.
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Entscheidungskriterium
für die
Ortsbestimmung kann bei der Signalfolge s1 des Rollenförderers
gem. der unteren Abbildung der 4 neben den
Impulsbreiten auch die Frequenz des Signals sein.
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In 5 ist
die Signalfolge s1 für
einen Übergang
eines Rollenförderers
zu einem Gurtförderer GU
dargestellt. Neben den in 4 erläuterten
Signalfolgen s1 liefert auch der Übergang mit seinem Luftspalt
im Abstand zwischen den Förderern
eine Information für
die Datenanalyse zur Positions- und Lagebestimmung.
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6 zeigt
den Einsatz von Sensoren S1 und S2 mit unterschiedlicher Detektionstiefe:
Beide Sensoren S1 und S2 liefern identische Signalfolgen s1 und
s2 für
den Rollenförderer
mit seinen gezeigten vier Rollen R. Der Sensor S1 mit der geringeren
Detektionstiefe ist aber nicht in der Lage, konstruktive Elemente
des Förderers
durch den Gurt hindurch zu erkennen – in der Signalfolge s1 fehlt
der Impuls für die
Rolle R des Gurtförderers
GU. Durch die Verknüpfung
der Signalfolgen s1 und s2 werden weitere Merk male für die Datenanalyse
gewonnen. Diese zusätzlichen
Merkmale können
auch durch den Einsatz von Sensoren mit unterschiedlichen physikalischen Wirkprinzipien
gebildet werden.
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Der
Vorteil der Erfindungen besteht darin, dass das erfindungsgemäße Verfahren
die Positions- und Lagebestimmung sowie die Ermittlung daraus abzuleitender
weiterer Parameter von Bewegungsszenarien, wie Beschleunigung und
Geschwindigkeit, gestattet, ohne dass an den Förderern bzw. den Förderanlagen,
in denen die Förderer
wirken, zusätzliche
Installationen vorgenommen werden müssen.
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Die
benötigten
Werte der Positions- und Lagebestimmung können – insbesondere mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Vorrichtung – auf
einfache Weise mit geringem Aufwand gewonnen werden.
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Verzeichnis
der Bezugs- und Formelzeichen zur Patentanmeldung
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„Verfahren und Vorrichtung
zur Positions- und Lagebestimmung beim Bewegen von Transportobjekten auf
Förderern"
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- DA
- Drehausschleuser
- GR1
bis GR3
- Geradrollenförderer
- v
- Geschwindigkeit,
Fördergeschwindigkeit
- GU;
GU1 bis GU8
- Gurtförderer
- KR
- Kegelrollenförderer
- K1
bis K5
- Kurvenförderer
- La
- Lage
- Pos
- Position
- PG
- Positionsgenerator
- PU
- Pusher
- RF
- Riemenförderer
- SR
- Schrägrollenförderer
- SP
- Seitenpositionierer
- S1
bis Sn
- Sensoren
- s;
s1 bis sn
- Signalfolgen
- TO
- Transportobjekt