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GEBIET DER ERFINDUNG
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist auf eine Kraftantriebseinheit zum
Transportieren von Fracht in einem Flugzeug gerichtet. Genauer ausgedrückt ist
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auf eine Kraftantriebseinheit gerichtet,
die die Fähigkeit
hat, das Vorhandensein und die Bewegung einer frachttragenden Ladeeinheit über der
Kraftantriebseinheit wahrzunehmen.
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HINTERGRUNDINFORMATIONEN
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Viele
verschiedene motorisierte Systeme zum Bewegen von Fracht sind bekannt.
Typischerweise werden motorisch angetriebene Rollen in diesen Systemen
eingesetzt. Insbesondere bei Fracht- und Passagierflugzeugen wird
oft eine Reihe von motorangetriebenen Kraftantriebseinheiten ("PDU"s) verwendet, um
Frachtcontainer und -paletten, die auch als Ladeeinheiten ("ULD"s) bekannt sind,
innerhalb des Flugzeugfrachtraumes schnell und wirksam anzutreiben.
Diese Konfiguration kann den Transport von Fracht von dem externen
Lader in das Innere des Flugzeugs durch eine oder mehrere Bedienungspersonen,
die die PDUs steuern, berücksichtigen.
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Typischerweise
wird Fracht auf einem Flugzeug-Frachtdeck
durch ein System von sich frei drehenden am Boden montierten Förderrollen
abgestützt.
Gruppen oder Reihen von PDUs können gleichzeitig
von unterhalb des Frachtdecks auf ein knapp über den Förderrollen liegendes Niveau
angehoben werden. Jede PDU kann ein separater elektro-mechanischer
Aktuator sein, der ein oder mehrere gummibeschichtete Räder oder
Antriebsrollen enthält.
Bei Energiezufuhr berühren
die Antriebsrollen der angehobenen PDUs die Fracht über den
Förderrollen
und bewegen sie in der befohlenen Richtung. Die Bewegung der Fracht
hängt von
dem Reibungskoeffizient zwischen den PDU-Antriebsrollen und der bodenseitigen
Oberfläche
der ULD sowie von der Hubkraft, die von dem PDU-Hubmechanismus erzeugt wird, ab. Wenn
die PDUs abgeschaltet werden, endet die Rollendrehung und hört die ULD
auf sich zu bewegen.
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Mehrere
Gruppen von PDUs können
entlang eines gemeinsamen Förderweges
angeordnet werden, und jede Gruppe kann einzeln betrieben werden,
wodurch die Weiterleitung mehrerer Frachtstücke ermöglicht wird. Eine den Transport
von Fracht in den Frachtdeckbereich überwachende Bedienungsperson
kann die Fracht mittels eines Steuerknüppels und eines Ein/Ausschalters
oder ähnlicher
Steuermittel lenken.
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PDUs
können
beschädigt
werden, wenn sie unter blockierter Fracht weiter betrieben werden,
ein Zustand der als Reiben bekannt ist. Reiben tritt auf, wenn die
Fracht zu schwer ist oder an einem Hindernis wie z.B. einer Wandführung innerhalb
des Frachtraumes, angelangt ist. Durch Reiben kann die Gummibeschichtung
auf den Rollen (oder die ganze Rolle) schnell abgenutzt werden,
wodurch ihr Austausch erforderlich wird, und kann es zu einer Beschädigung des
PDU-Motors kommen.
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Frachtcontainer-Blockierungssensoren,
die in eine PDU eingebaut sind, werden dazu verwendet, einen blockierten
Behälter
aufzuspüren
und die Energiezufuhr zu dem PDU-Motor nach einer vorbestimmten
Wartezeit abzustellen, um eine Beschädigung der PDU zu vermeiden.
Einige PDU-Steuersysteme haben einen manuellen Abwählschalter
zum Abstellen der Energiezufuhr zu den PDUs, wenn ein Blockierzustand
festgestellt wird. Leider wird dieser Abwählschalter oft nicht richtig
von den Bedienungspersonen benutzt, die sich mehr auf das Laden
der Fracht als das Schützen
der PDUs konzentrieren. Daher ist die Beschädigung von PDUs beim Auftreten
von Reibzuständen
ein weit verbreitetes Problem.
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Bekannte
Blockierungssensoren enthalten Mechanismen zum Überwachen der Temperatur des PDU-Motors,
die Meßfehlern
unterliegt, oder erfordern zusätzliche
elektro mechanische Mechanismen an der PDU, die für Abnutzung und andere Wartungsprobleme
anfällig
sind.
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Ferner
ist es im Flugzeugfrachtbereich wichtig, den Standort der ULDs im
Auge zu behalten. Das am meisten verbreitete Verfahren, um diese
ULDs im Auge zu behalten, während
sie im Frachtbereich sind, besteht darin, sie zu erfassen, wenn
sie gerade über
einen ULD-Sensor gehen, der auf dem Boden des Frachtraumes angeordnet
ist. Ein bekanntes Aufspürverfahren
beinhaltet die Verwendung von infrarotem (IR) Licht, um das Vorhandensein
der ULD festzustellen. Zum Beispiel offenbart das
US-Patent Nr. 5,661,384 eine PDU,
die einen IR-Sensor hat, um das Vorhandensein von Fracht direkt über einer
entsprechenden PDU wahrzunehmen. Das
US-Patent Nr.
7,014,038 offenbart auch die Verwendung von Daten eines
IR oder anderen Sensors, um Fracht zu erfassen. Typischerweise wird
bei diesen Systemen ein digitaler Sensor verwendet, der nur zwei
Zustände
(d.h. "ULD vorhanden" oder "ULD nicht vorhanden") gestattet. Obgleich
an sich bekannte PDUs dafür
ausgebildet sind, um IR-Informationen zu nutzen, um eine ULD zu
erfassen, sind sie nicht dafür
ausgebildet, festzustellen, ob sich die ULD bewegt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In
einer Hinsicht ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum
Wahrnehmen einer Bewegung einer Ladeeinheit in einem Frachtraum
eines Flugzeugs gerichtet. Das Verfahren enthält das Ausrüsten eines Bodens des Frachtraumes
eines Flugzeuges mit einer Kraftantriebseinheit, die einen Motor, mindestens
ein Antriebsrollenelement, das mit dem Motor verbunden ist, eine
Lichtquelle, einen Lichtdetektor und einen Prozessor hat, der einen
damit verbundenen Speicher zum Speichern von Befehlen hat. Das Verfahren
enthält
auch das Ausstrahlen einer Vielzahl von Lichtimpulsen mit der Lichtquelle
In Richtung einer Unterseite einer Ladeeinheit, wenn eine Ladeeinheit über der
Kraftantriebseinheit ist; das Wahrnehmen von Licht mit dem Lichtdetektor, das
von der Unterseite der Ladeeinheit reflektiert wird; das Abtasten
des wahrgenommenen Lichtes, um eine Zeitfolge von digitalen Abtastwerten
zu bilden, wobei jeder digitale Abtastwert eine Intensität des reflektierten
Lichtes darstellt; und das Durchführen von Berechnungen mit einer
Vielzahl von diesen digitalen Abtastwerten, um festzustellen, ob
die Ladeeinheit in Bewegung ist, wobei die Berechnungen mindestens
eine aus der Gruppe enthält,
die besteht aus: (a) Bestimmen der Anzahl von Spitzen unter den digitalen
Abtastwerten; und (b) Nehmen von mindestens einer Statistik der
digitalen Abtastwerte und Vergleichen der mindestens einen Statistik
mit einer entsprechenden, mindestens einen Schwelle.
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In
anderer Hinsicht ist die Erfindung auf eine Luftfracht-Kraftantriebseinheit
gerichtet. Die Einheit umfaßt
einen Motor, mindestens ein Antriebsrollenelement, das mit dem Motor
verbunden ist, eine Lichtquelle, einen Lichtdetektor und einen Prozessor,
der einen damit verbundenen Speicher zum Speichern von Befehlen
hat. Wenn die Befehle von dem Prozessor ausgeführt werden, bewirken sie bei
dem Prozessor, dass er die Lichtquelle dazu veranlaßt, eine
Vielzahl von Lichtimpulsen in Richtung einer Unterseite einer Ladeeinheit
auszustrahlen, wenn eine Ladeeinheit über der Kraftantriebseinheit
ist; eine Zeitfolge von digitalen Abtastwerten beschafft, wobei
jeder digitale Abtastwert eine Intensität des Lichtes darstellt, das
von einer Unterseite einer Ladeeinheit reflektiert und von dem Lichtdetektor
wahrgenommen wird, wenn eine Ladeeinheit über der Kraftantriebseinheit ist;
und Berechnungen mit einer Vielzahl von diesen digitalen Abtastwerten
durchgeführt,
um festzustellen, ob die Ladeeinheit in Bewegung ist. Die Berechnungen
enthalten mindestens eine aus der Gruppe, die besteht aus: (a) Bestimmen
der Anzahl von Spitzen unter den digitalen Abtastwerten; und (b)
Nehmen von mindestens einer Statistik der digitalen Abtastwerte
und Vergleichen der mindestens einen Statistik mit einer entsprechenden,
mindestens einen Schwelle.
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In
noch weiterer Hinsicht ist die Erfindung auf ein Frachtflugzeug
gerichtet, das ein Luftfrachtladesystem hat, das mindestens eine
Kraftantriebseinheit und eine über
der Kraftantriebseinheit befindliche Ladeeinheit enthält. Die
mindestens eine Kraftantriebseinheit umfaßt: einen Motor, mindestens
ein Antriebsrollenelement, das mit dem Motor verbunden ist, eine
Lichtquelle, einen Lichtdetektor und einen Prozessor, der einen
damit verbundenen Speicher zum Speichern von Befehlen hat. Wenn
die Befehle von dem Prozessor ausgeführt werden, bewirken sie bei
dem Prozessor, dass er die Lichtquelle dazu veranlaßt, eine
Vielzahl von Lichtimpulsen in Richtung einer Unterseite der Ladeeinheit
auszustrahlen; eine Zeitfolge von digitalen Abtastwerten beschafft,
wobei jeder digitale Abtastwert eine Intensität des Lichtes darstellt, das
von einer Unterseite einer Ladeeinheit reflektiert und von dem Lichtdetektor
wahrgenommen wird, und Berechnungen mit einer Vielzahl von diesen
digitalen Abtastwerten durchführt,
um festzustellen, ob die Ladeeinheit in Bewegung ist. Die Berechnungen
enthalten mindestens eine aus der Gruppe, die besteht aus: (a) Bestimmen
der Anzahl von Spitzen unter den digitalen Abtastwerten; und (b) Nehmen
von mindestens einer Statistik der digitalen Abtastwerte und Vergleichen
der mindestens einen Statistik mit einen entsprechenden, mindestens
einen Schwelle.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
die Unterseite eines Flugzeugs und 2 ein Flugzeugfrachtdeck,
das dazu verwendet werden kann, eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung anzuwenden.
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3 ist
eine Draufsicht einer PDU gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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4 ist
eine Endansicht der PDU gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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5 ist
ein Blockdiagramm der Elektronik der PDU gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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6A zeigt
eine ideale Wellenform mit einer Reihe von Lichtimpulsen, und 6B zeigt
eine ideale Ausgabe dafür,
wenn keine ULD die PDU abdeckt.
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7A zeigt
eine ideale Wellenform mit einer Reihe von Lichtimpulsen, und 7B zeigt
eine ideale Ausgabe dafür,
wenn eine stationäre
ULD die PDU abdeckt.
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8A zeigt
eine ideale Wellenform mit einer Reihe von Lichtimpulsen, und 8B zeigt
zwei empfangene Impulse, die eine stationäre ULD darstellen, und zwei
andere empfangene Impulse, die eine sich bewegende ULD darstellen. 8C zeigt eine
detaillierte Ansicht eines Impulses von 8B, der
eine stationäre
ULD darstellt, und 8D zeigt eine detaillierte Ansicht
eines Impulses von 8B, der eine sich bewegende
ULD darstellt.
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9A zeigt
ein Prozessflußdiagramm
für eine
Ausführungsform
davon, wie der Prozessor feststellen kann, ob es eine ULD-Bewegung
gibt, wobei er Spitzen in den empfangenen Daten verwendet.
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9B zeigt
ein Prozessflußdiagramm
einer zweiten Ausführungsform
davon, wie der Prozessor feststellen kann, ob es eine ULD-Bewegung
gibt, wobei er Statistiken der empfangenen Abtastwerte verwendet.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Der
Inhalt der vorgenannten
US-Patent
Nr. 5,661,384 und
7,014,038 wird
hier durch Bezugnahme in so weit mit aufgenommen, als er notwendig
ist, die vorliegende Erfindung zu verstehen. Aufgrund dieser Druckschriften
weiß ein
Fachmann, wie man eine IR-Lichtquelle und einen IR-Lichtdetektor verwendet,
um festzustellen, ob eine ULD über
einer PDU vorhanden ist.
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1 zeigt
die Unterseite eines Flugzeugs 25 und 2 ein
Flugzeug-Frachtdeck 26, das dazu verwendet werden kann,
eine Ausführungsform
der Erfindung anzuwenden. Eine im großen und ganzen H-förmige Förderfläche 26 bildet
ein Deck eines Flugzeugs, das an eine Frachtraum-Ladetür 23 angrenzt. Es
gibt aber viele andere Flugzeug-Frachtdeckkonfigurationen, auf die
Ausführungsformen
der Erfindung ange wendet werden können. Beispielsweise ist bei einigen
Flugzeugen, insbesondere solchen, die hauptsächlich für den Transport von Fracht
ohne Passagiere ausgelegt sind, das obere Passagierdeck entfernt
und ein zusätzliches
größeres Frachtdeck eingebaut.
Andere Flugzeuge können
eher drei oder mehr parallele Längsbahnen
als die in 2 gezeigte H-Form haben.
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Der
Frachtraum enthält
ein Frachtladesystem, das eine Vielzahl von sich frei drehenden
Förderrollen 27 aufweist,
die in dem Frachtdeck angeordnet sind, um die Förderebene zu definieren. Auf das
Flugzeug-Frachtdeck geladene Fracht kann manuell durch den gesamten
Frachtraum auf den sich frei drehenden Förderrollen bewegt werden. Es
ist jedoch wünschenswert,
wenn die Fracht mit minimaler manueller oder ohne manuelle Unterstützung elektro-mechanisch
angetrieben wird. Zu diesem Zweck enthält die H-förmige Frachtoberfläche eine
Anzahl PDUs 28, die einen Mechanismus bereitstellen, auf dem
die Fracht über
die Förderrollen 27 hinweg
angetrieben wird. Typischerweise enthält jede PDU 28 ein
Antriebsrollenelement, das aus einer abgesenkten Stellung unter
dem Frachtdeck in eine erhöhte Stellung
angehoben werden kann. Diese PDUs werden als "Selbsthebe"-PDUs
bezeichnet. In der erhöhten
Stellung berührt
das Antriebsrollenelement die darüberliegende Fracht, die auf
den Förderrollen fährt, und
treibt sie an. Andere PDU-Typen, die auch als Ausführungsformen
der Erfindung verwendet werden können,
befinden sich immer über
der Förderebene
und werden von einer Feder hoch gehalten. Diese PDUs werden als "Federhebe"-PDUs bezeichnet.
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In
der Längsrichtung
enthält
die H-förmige Förderoberfläche 26 eine
linke Bahn und eine rechte Bahn, auf denen entlang Fracht in parallelen
Kolonnen während
des Fluges verstaut wird. In der Querrichtung ist das Frachtdeck
auch in einen hinteren (oder "Heck-")Abschnitt 11 und
einen vorderen Abschnitt 12 unterteilt. Somit sind die
linke Bahn und die rechte Bahn in vier Abschnitte, also zwei vordere
Abschnitte 13 und 15 und zwei Heckabschnitte 17 und 19, unterteilt.
Neben den vier Abschnitten gibt es noch einen weiteren Pfad 21 zwischen
beiden Bahnen an der Frachttür 23.
Dieser zusätzliche
Pfad 21 teilt den Frachtraum zwischen den vorderen und
hinteren Abschnitten 11 bzw. 12. Dieser Pfad wird
dazu verwendet, Fracht in das und aus dem Flugzeug zu bewegen und
auch Fracht zwischen der linken und der rechten Lagerbahn zu überführen.
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Bei
einer Ausführungsform
betätigt
eine Bedienungsperson Steuerelemente, um PDUs 28 in jedem
Abschnitt der fünf
oben genannten Abschnitte 13, 15, 17, 19 und 21 selektiv
und elektrisch einzuschalten. Typischerweise sind diese Steuermittel
in einer Bediener-Schnittstelleneinheit angeordnet. Die Steuerelemente
können
an einer Wand oder einer anderen Struktur in dem Frachtraum angeordnet
sein und können
tragbar sein, z.B. können
die Steuermittel in einer von Hand gehaltenen Hängevorrichtung sein. Diese
Steuermittel haben typischerweise einen Ein-Aus-Schalter und einen
Steuerknüppel,
der in Abhängigkeit
von der Richtung, in der er gedrückt wird,
eine Gruppe von PDUs 28 einschaltet, wodurch Gruppen von
Antriebsrollenelementen angehoben (wenn sie nicht bereits angehoben
sind) und in einer von zwei möglichen
Richtungen (d.h. vorwärts
oder rückwärts) gedreht
werden. Eine Sektion von PDUs bleibt solange eingeschaltet, wie
der Steuerknüppel in
einer entsprechenden Position gehalten wird. Wenn der Steuerknüppel freigegeben
wird, wird die ausgewählte
Gruppe von PDUs ausgeschaltet. Im Falle von Selbsthebe-PDUs werden
die Antriebsrollenelemente in ihre eingefahrene Stellung unter der Ebene
der Förderrollen 27 zurückbewegt;
im Falle von Federhebe-PDUs werden die PDUs durch Federdruck weiterhin
in der Aufwärtsstellung
gehalten, und es werden Bremsen angelegt, um die Frachtcontainer
an Ort und Stelle zu halten. Steuersysteme diesen Typs sind im Stand
der Technik bekannt.
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3 ist
eine Draufsicht einer PDU 28 gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung. Die PDU 28 enthält ein Gehäuse 30, in das ein
Paar Räder 51 und 52 eingebaut
sind, die als Antriebsrollenelemente fungieren. Die Räder 51 und 52 sind
mit einer Antriebswelle (nicht gezeigt) verbunden. Die PDU 28 enthält ferner
die notwendigen Motor- und Getriebebaugruppen und andere notwendige
Bauteile (nicht gezeigt) zum Drehen und/oder Anheben der Räder 51 und 52,
so dass die Räder 51 und 52 über dem Frachtdeck
angeordnet sind und mit der Unterseite einer ULD in Berührung kommen
können.
Die PDU 28 enthält
ferner einen Elektronikraum, der vom Rest der PDU durch eine Wand 53 zum
Unterbringen der notwendigen Elektronik (die unten näher beschrieben
ist) getrennt ist, und ein elektrisches Anschlußteil 56 zum Anschließen der
Elektronik an eine Energie- und eine Steuerungsquelle enthält. Die
PDU 28 enthält
ferner eine Lichtquelle 57, wie z.B. einen Infrarotlicht("IR")-Sender, der eine
lichtausstrahlende Diode ("LED") zum Ausstrahlen
von Infrarotlicht hat. Die PDU 28 enthält ferner einen Lichtdetektor 57,
wie z.B. einen IR-Empfänger,
der eine Fotodiode oder einen Fototransistor und eventuell andere
Schaltungen wie Signalverstärker,
automatische Amplitudenregelung, Bandpassfilter und dergleichen,
zum Wahrnehmen der Präsenz
von Infrarotlicht hat. Bei anderen Ausführungsformen können neben
IR andere Lichtarten verwendet werden. Es versteht sich unter Fachleuten,
dass wenn die Lichtquelle 57 Licht mit einer bestimmten
Mittenwellenlänge
(z.B. Infrarot) ausstrahlt, der Lichtdetektor 58 auf der
Grundlage seiner Ansprecheigenschaften in der relevanten Wellenlänge ausgewählt wird
und von geeigneten optischen Filtern, Linsen und dergleichen begleitet
sein kann.
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4 ist
eine Endansicht der PDU gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung und zeigt die Beziehung zwischen der PDU 28 und
der bodenseitigen Oberfläche 60 einer
ULD, die gerade über
die PDU 28 geht und von ihr angetrieben wird. Die Lichtquelle 57 strahlt
Licht aus, das von der bodenseitigen Oberfläche 60, (unter der
Annahme, dass eine ULD vorhanden ist) abprallt und zu dem Lichtdetektor 58 zurückgeworfen
wird, wo es von der Elektronik der PDU 28 verarbeitet wird.
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5 ist
ein Blockdiagramm der ULD-Sensor- und -Reibsensorelektronik der
PDU 28 gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung. Mit dem Lichtdetektor 58 ist ein anaolg-zu-digital ("A/D")-Wandler 70 verbunden,
der eine Analogeingabe von dem Lichtdetektor 58 nimmt und
in einen digitalen Wert wandelt, der eine momentane Lichtintensität darstellt.
Mit dem A/D-Wandler 70 sind ein Prozessor 72 und
ein Speicher 74 verbunden. Der Prozessor 72 kann
irgendein Allzweckprozessor sein und der Speicher 74 kann
irgendeine Art von Speichervorrichtung sein, die von dem Prozessor 72 auszuführende Befehle
speichert. Bei einem Ausführungsbeispiel
kann der Prozessor 72 den A/D-Wandler 70 und/oder
den Speicher 74 enthalten. Die Lichtquelle 57 ist
mit einem Ausgangsstift des Prozessors 72 verbunden. Bei
einer Ausführungsform
ist ein Energietreiber zwischen dem Prozessor 72 und der
Lichtquelle 57 enthalten.
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Ein
prozessor-einstellbarer Regelwiderstand kann mit dem Prozessor 72 und
dem Lichtdetektor 58 verbunden sein. Der Regelwiderstand
wird dazu verwendet, die Empfindlichkeit des A/D-Wandlers 70 einzustellen,
der das Lichtfenster auswählt,
das der Sensor mißt
(d.h. die minimale Lichtstärke,
die wahrgenommen wird, und die größte Lichtstärke die gemessen werden kann,
bevor die A/D-Ausgabe ihren Maximalwert erreicht).
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Bei
einer Ausführungsform
ist der A/D-Wandler 70 ein 10-bit A/D-Wandler, obgleich A/D-Wandler
mit anderen bit-Auflösungen
stattdessen verwendet werden können.
Bei einer Ausführungsform
tastet der A/D-Wandler 70 die zeitveränderliche Lichtintensität mit einer
Rate von 200 Abtastwerten/Sekunde oder in Intervallen von 5 ms ab.
Somit wird für
einen Einviertelsekundenimpuls eine Zeitfolge von 50 digitalen Abtastwerten
genommen, und diese werden dem Prozessor 72 für weitere
Berechnungen zugeführt.
Es versteht sich, dass eventuell nicht alle 50 Abtastwerte wegen
Anfangsschwankungen bei den ersten paar digitalen Abtastwerten verwendet
werden. Es versteht sich ferner, dass andere Abtastraten je nach
Geschwindigkeit des A/D-Wandlers 70 und Prozessors 72 verwendet
werden können.
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6A zeigt
ein Beispiel einer idealen Aus gangswellenform 202, die
von der Lichtquelle 57 ausgestrahlt wird. Die Ausgangswellenform 202 umfaßt eine
Reihe von Lichtimpulsen 204 mit einer Nennimpulshöhe, die
von irgendeiner Spannung V0 dargestellt wird. Bei der gezeigten
Ausführungsform
umfassen diese Impulse Rechteckwellen mit einer EIN-Periode 206 von
W1, einer AUS-Periode 208 von W2 und einer Gesamtperiode
von W3 = W1 + W2. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist W1 = W2 für
einen 50% EIN-Zeit-Arbeitszyklus,
obgleich es möglich
ist, auch andere Arbeitszyklen zu haben.
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6B zeigt
eine ideale Wellenform 222, die von dem Lichtdetektor 58,
(d.h. das empfangene Licht) ausgegeben wird, wenn keine ULD die
PDU bedeckt. Wenn kein Gegenstand, z.B. eine ULD, die PDU 28 bedeckt,
werden die ausgestrahlten Lichtimpulse 240 nicht von der
bodenseitigen Oberfläche dieses
Gegenstandes weg reflektiert, und somit sollte keine Lichtenergie
(d.h. 0 Volt) am Lichtdetektor 58 empfangen werden, dessen
Ausgang deshalb flach ist. In Wirklichkeit kann es aber eine geringe
Menge Umgebungslicht mit der entsprechenden Wellenlänge geben,
wie z.B. "Falschlicht" von der Lichtquelle 57,
das auf den Lichtdetektor 58 trifft, und somit zu einer
minimalen empfangenen Lichtenergie führt. Diese minimale empfangene
Lichtenergie ist jedoch im großen
und ganzen unter einem Schwellenwert und wird daher von dem Prozessor 72 ignoriert.
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7A zeigt
die gleiche ideale Ausgangswellenform 202, die in 6 zu sehen ist, wogegen 7B zum
Vergleich eine ideale Wellenform 242 zeigt, die von dem
Lichtdetektor 58 ausgegeben wird, wenn ein stationärer Gegenstand
die PDU 28 bedeckt. Wenn ein stationärer Gegenstand wie eine ULD
die PDU 28 bedeckt, werden die ausgestrahlten Lichtimpulse 240 von
der bodenseitigen Oberfläche dieses
Gegenstandes weg reflektiert und die reflektierte Lichtenergie wird
am Lichtdetektor 58 empfangen. Der Ausgang des Detektors 58 stellt
die zeitveränderliche
Intensität
des reflektierten Lichtes dar. Da jedoch der Gegenstand Idealerweise
stationär
ist, folgt der Detektorausgang der ausge strahlten Wellenform genauestens,
wobei die Intensität
des wahrgenommenen Lichtes auf der Ausgangsseite des Detektors 58 von
irgend einem Spannungswert Vc dargestellt wird.
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Die 8A und 8B entsprechen
auch der Situation, in der eine ULD die PDU 28 bedeckt, aber
zeigen einen realistischeren nicht idealen Ausgang. 8A zeigt
die gleiche ideale Ausgangswellenform 202, die in den 6 und 7 zu
sehen ist. 8B zeigt eine Wellenform 260,
die vier erfasste Lichtimpulse umfaßt. In diesem Fall ist die
ULD während
der ersten beiden Impulse 262, 264 zunächst stationär, und sie
ist dann während
der letzten beiden Impulse 266, 268 in Bewegung.
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Wenn
die ULD stationär
ist, haben die erfassten Impulse 262, 264 Intensitätswerte,
die alle in ein enges Band eingeschlossen sind, das bei 270 zwischen
VLO und VHI definiert
ist. Dies ist so, weil die ausgestrahlte Wellenform 202 auf
die gleiche Stelle an der Unterseite der ULD trifft und somit wird
das reflektierte Licht durch Ungleichmäßigkeiten in der Oberfläche der
Unterseite der ULD nicht beeinflusst. 8C zeigt
eine vergrößerte Ansicht
des erfassten Impulses 264 und zeigt, dass alle Intensitätswerte
innerhalb des Impulses 264 zwischen der unteren Grenze 270L und
der oberen Grenze 270H des Bandes liegen.
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Wenn
dagegen die ULD in Bewegung ist, haben die erfassten Impulse 266, 268 Intensitätswerte, die über dieses
Band 270 ab und zu hinausgehen. Dies geschieht deshalb,
weil wenn sich die ULD bewegt, verschiedene Teile ihrer Unterseite über die PDU 28 hinweg
gehen und Ungleichmäßigkeiten
in der Oberfläche
der Unterseite entsprechende Schwankungen der momentanen Intensität der reflektierten
Impulse hervorrufen. Allgemein gesprochen gehen mindestens einige
dieser momentanen Abtastwerte über
das Band 270 hinaus. 8D zeigt eine
vergrößerte Ansicht
des erfassten Impulses 267 und zeigt, dass einige der empfangenen
Intensitätswerte,
die mit 280A–H
bezeichnet sind, außerhalb des
Bandes 270 sind. Digitale Abtastwerte, die aus dem Band 270 fallen,
werden als "Spitzen" bezeichnet.
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Bei
einer Ausführungsform
verarbeitet der Prozessor, der bestimmt, wenn die Lichtquelle 57 Impulse
ausstrahlt, nur von dem A/D-Wandler 70 empfangene Abtastwerte,
wenn die Lichtquelle 57 einen Impuls ausstrahlt. Beispielsweise
kann der Prozessor 72 damit beginnen, Abtastwerte von dem A/D-Wandler 70 anzunehmen,
wenn die Lichtquelle 57 eingeschaltet ist, und damit aufhören, Abtastwerte anzunehmen,
wenn die Lichtquelle 57 aufhört, einen Impuls 204 auszustrahlen,
oder eventuell eine sehr kurze vorbestimmte Zeit danach. Dieser
Zyklus wird dann für
den nächsten
Impuls wiederholt. Bei einer anderen Ausführungsform nimmt der Prozessor 72 fortlaufend
Abtastwerte von dem A/D-Wandler 70 an und verarbeitet sie
und verwendet einen Algorithmus zum Erfassen von Impulsen auf eine
bekannte Art und Weise, wie z.B. durch Suchen nach einer ansteigenden
Impulskante. Für
eine A/D-Abtastrate von 200 Abtastwerten/Sekunde und einer Impulsbreite von
0,25 Sekunden, wenn der Prozessor 72 nur Abtastwerte verarbeitet,
wenn der Lichtsender den Lichtimpuls 204 ausgibt, werden
ungefähr
100 Abtastwerte pro EIN/AUS-Zyklus genommen. Es ist innerhalb dieser
ca. 50 digitalen Abtastwerte, während dessen
die Lichtquelle an ist und bei einer Ausführungsform der Erfindung der
Prozessor 72 nach Spitzen sucht.
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9A und 9B zeigen
zwei allgemeine Flußdiagramme 910 bzw. 930,
die die Funktionsvielfalt darstellen, die von der PDU 28 durchgeführt wird, um
festzustellen, ob eine ULD in Bewegung ist gemäß zwei allgemeinen Ausführungsformen
der Erfindung. Bei beiden Ausführungsformen
wird die Funnktionsvielfalt vorzugsweise durch Software ausgeführt, die
im Speicher 74 gespeichert und von dem Prozessor 72 ausgeführt wird.
Bei anderen Ausführungsformen
kann die Funktionsvielfalt durch Hardware oder irgendeine Kombination
von Hardware und Software durchgeführt werden.
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Bei
der durch die 9A dargestellten allgemeinen
Ausführungsform
zeigt das Flußdiagramm 910 die
Hauptschritte, die von dem Prozessor 72 beim Suchen nach
Spitzen in einem empfangenen Impuls durchgeführt werden.
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Im
Schritt 912 nimmt der Prozessor 72 digitale Abtastwerte
von dem A/D-Wandler 70 an.
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Im
Schritt 914 sucht der Prozessor nach Impulsflanken, so
dass er sich auf die Impulsdaten konzentrieren kann anstatt auf
Daten, die einer Situation entsprechen, in der kein Impuls vorhanden
ist.
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Im
Schritt 916 berechnet der Prozessor 72 einen Mittelwert
für die
digitalen Abtastwerte innerhalb des empfangenen Impulses. Bei einigen
Ausführungsformen
kann der Mittelwert einen laufenden Mittelwert darstellen, der auf
der Grundlage von digitalen Abtastwerten von früher zurück geleiteten Impulsen und
auch von digitalen Abtastwerten von einem momentanen Impuls berechnet
wird. Ein neuer laufender Mittelwert kann aus einem gewichteten Durchschnitt
eines momentanen laufenden Mittelwertes und von neu erworbenen digitalen
Abtastwerten berechnet werden. Bei einer Ausführungsform werden die digitalen
Abtastwerte vor der weiteren Verarbeitung erniedrigt, obgleich dies
kein absolutes Erfordernis ist. Es ist jedoch hervorzuheben, dass
bei einigen Ausführungsformen
der Mittelwert nicht berechnet werden muß, um Spitzen zu erkennen.
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Im
Schritt 918 legt der Prozessor 72 die Kriterien
zum Bestimmen der Spitzen fest. Bei einer Ausführungsform kann dies das Festlegen
des Bandes 270 mit sich bringen. Digitale Abtastwerte,
die aus diesem Band herausfallen, werden als Spitzen angenommen.
Das Band 270 kann auf mehreren Wegen festgelegt werden.
Beispielsweise kann das Band 270 unter Verwendung eines
Schwellenwertes, der auf einer vorbestimmten Bruchzahl oder einem Prozentsatz
des Mittelwertes basiert, festgelegt werden. Wenn somit eine vorbestimmte
Bruchzahl von 1/16 (d.h. für
einen vorbestimmten Prozentsatz von 6,25%) verwendet wird, dann
wäre der
Schwellenwert T1 1/16 des Mittelwertes und das Band 270 würde sich
auf jede Seite des Mittelwertes um 1/16 dieses Mittelwertes erstrecken.
Andere vorbestimmte Bruchzahlen oder Prozentsätze können stattdessen verwendet
werden. Alternativ kann der Schwellenwert T1 durch eine andere Heuristik
bestimmt werden. Ohne Rücksicht
darauf, wie das Band festgelegt wird, werden bei dieser Ausführungsform
Spitzen als solche Werte definiert, die von dem Mittelwert um mindestens
T1, d.h. VHI = Mittelwert + T1 und VLO = Mittelwert – T1, abweichen.
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Bei
einer anderen Ausführungsform,
die unten diskutiert wird, wird festgestellt, dass eine Spitze vorhanden
ist, wenn sich die Werte von zwei digitalen Abtastwerten innerhalb
eines Fensters um irgendeinen minimalen Schwellenwert T2 unterscheiden.
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Im
Schritt 920 führt
der Prozessor 72 Berechnungen mit den digitalen Abtastwerten
aus, wobei er nach Spitzen sucht.
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Schließlich bestimmt
der Prozessor 72 im Schritt 920, ob allee Spitzen
zusammen die erforderlichen Kriterien für die PDU 28 erfüllen, um
festzustellen, dass die ULD in Bewegung ist.
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Eine
Anzahl verschiedener Kriterien kann verwendet werden, um festzustellen,
ob die ULD in Bewegung ist.
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Bei
einer Ausführungsform
wird angenommen, dass sich die ULD nur bewegt, wenn mindestens ein
empfangener Impuls eine ganze Zahl K Spitzen enthält, wobei
K mindestens 1 ist. Bei einer anderen Ausführungsform wird angenommen,
dass sich die ULD nur bewegt, wenn zwei oder mehr aufeinanderfolgende
Impulse jeweils mindestens K Spitzen enthalten.
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Bei
noch einer anderen Ausführungsform kann
ein "Wähl"-System verwendet
werden, bei dem angenommen wird, dass die ULD sich nur in Bewegung
befindet, wenn eine erste ganze Zahl X von einer zweiten ganzen
Zahl Y aufeinanderfolgender empfangener Impulse jeweils mindestens
K Spitzen enthält.
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Bei
noch einer anderen Ausführungsform wird
angenommen, dass sich die ULD nur bewegt, wenn sich mindestens K
digitale Abtastwerte innerhalb mindestens eines Impulses von dem
Mittelwert für
die digitalen Abtastwerte um mindestens einen ersten Schwellenwert
unterscheiden. Bei einer Abwandlung kann ein "lokaler" Mittelwert, der auf einer ersten Anzahl
von digitalen Abtastwerten basiert, die in ein Fenster von z.B.
20 Abtastwerten fallen, für
diesen Zweck verwendet werden, und eine Anzahl Fenster innerhalb
eines Impulses kann untersucht werden. Die Fenster können sich überlappen
z.B. können
sie eine 50% Überlappung
haben. Unabhängig
davon, ob ein lokaler Mittelwert verwendet wird, wird bei einer
weiteren Verfeinerung angenommen, dass sich die ULD nur bewegt,
wenn mindestens ein digitaler Abtastwert größer als der Mittelwert ist
und ein weiterer digitaler Abtastwert unter dem Mittelwert ist.
Mit anderen Worten muß mindestens
ein digitaler Abtastwert auf jede Seite des Bandes fallen bevor festgestellt
wird, dass die ULD in Bewegung ist. Bei einigen Ausführungsformen
dieser Vorgehensweise, wenn Fenster verwendet werden, wenn einmal
K solcher "außerhalb
liegender Werte" identifiziert
sind, wird der Rest des Impulses nicht verarbeitet, da das Kriterium
zum Entscheiden, dass die ULD in Bewegung ist, erfüllt wurde.
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Bei
einer noch anderen Ausführungsform
besteht das Kriterium zum Auffinden einer Spitze darin, dass mindestens
ein digitaler Abtastwert sich von einem anderen digitalen Abtastwert
innerhalb eines empfangenen Impulses durch mindestens irgendeinen
Schwellenwert unterscheidet. Von beiden digitalen Abtastwerten kann
wieder gefordert werden, dass sie in das gleiche Fenster fallen.
Beispielsweise kann der Prozessor ein Fenster von z.B. 15 Abtastwerten benutzen
und feststellen, ob sich zwei Abtastwerte innerhalb dieses Fensters
voneinander durch mindestens irgendeinen Schwellenwert T2 unterscheiden.
Wenn ja, wird festgelegt, dass eine Spitze in dem Fenster und somit
in dem empfangenen Impuls existiert. Diese Berechnung wird dann
für eine
Anzahl solcher (möglicherweise überlappender)
Fenster entlang des empfangenen Impulses durchgeführt. Wenn
mindestens K solcher Spitzen in dem Impuls erkannt werden, wird
entschieden, dass die ULD in Bewegung ist. Es gilt wieder, dass
wenn bei einigen Ausführungsformen
dieser Fenster be nutzenden Vorgehensweise K solcher Spitzen einmal
erkannt sind, der Rest des Impulses nicht verarbeitet wird, da das
Kriterium für
die Entscheidung, dass die ULD in Bewegung ist, erfüllt worden
ist. Da man auch bei dieser Ausführungsform
einfach versucht festzustellen, ob zwei digitale Abtastwerte innerhalb
eines Fensters Werte haben, die sich um die Schwelle T2 voneinander
unterscheiden, ist es nicht notwendig, zuerst den Mittelwert zu
berechnen, oder die digitalen Abtastwerte zu erniedrigen.
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Bei
jeder der oben genannten Ausführungsformen
wird die genaue Zahl für
K im allgemeinen durch Versuchsläufe
und Tests bestimmt, wo es bekannt ist, dass die ULD in Bewegung
ist. Somit ist es möglich,
dass K irgendeine ganze Zahl sein kann, wie 1, 2, 3 oder noch höher.
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Bei
der allgemeinen Ausführungsform,
die durch 9B dargestellt ist, zeigt das
Flußdiagramm 930 die
Hauptschritte, die von dem Prozessor 72 ausgeführt werden,
um Statistiken zweiter Ordnung zu verwenden, um festzustellen, ob
ein empfangener Impuls anzeigt, dass eine ULD in Bewegung ist.
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Im
Schritt 932 nimmt der Prozessor 72 digitale Abtastwerte
von dem A/D-Wandler 70 an.
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Im
Schritt 934 sucht der Prozessor 72 nach Impulsflanken,
so dass er sich auf die Impulsdaten konzentrieren kann anstatt auf
Daten, die der Situation entsprechen, in der kein Impuls vorhanden
ist.
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Im
Schritt 936 berechnet der Prozessor 72 einen Mittelwert
für die
digitalen Abtastwerte innerhalb des empfangenen Impulses. Es gilt
wieder, dass bei einigen Ausführungsbeispielen
der Mittelwert ein laufender Mittelwert darstellen kann, der auf
der Grundlage von digitalen Abtastwerten von früheren zurück geleiteten Impulsen und
auch von digitalen Abtastwerten von einem momentanen Impuls berechnet
wird. Ein neuer laufender Mittelwert kann aus einem gewichteten
Durchschnitt eines momentanen laufenden Mittelwertes und neu erworbenen
digitalen Abtastwerten berechnet werden.
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Im
Schritt
938 berechnet der Prozessor eine oder mehrere Statistiken
für einen
Impuls unter Verwendung des Mittelwertes, der im Schritt
936 berechnet
wurde. Bei einer Ausführungsform
können
die Statistiken die allgemeine Form haben:
wobei: P
n die
berechnete n
te Ordnung Statistik ist, die mit
irgendeinem entsprechenden Schwellenwert T3
n verglichen
wird; i ein Index ist, M die Anzahl von Abtastwerten von dem Impuls
(z.B. M = 50) ist, die verwendet wird, um eine gegebene Statistik
zu berechnen; X
i der Wert des i
ten digitalen
Abtastwertes in dem Impuls (oder Fenster innerhalb eines Impulses)
ist; X
0 der Mittelwert ist (egal, ob es
der Mittelwert für
diesen Impuls oder ein laufender Durchschnitt ist); und n die Ordnung
der Statistiken ist und somit der Potenz entspricht, mit der der
absolute Wert des Unterschieds (X
i – X
0) potenziert wird.
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Es
versteht sich, dass Statistiken erster, zweiter, dritter, vierter
oder noch höherer
Ordnung verwendet werden können.
Es versteht sich auch, dass eine Entscheidung auf der Grundlage
einer einzelnen Statistik einer einzelnen Ordnung oder eines Vektors
getroffen werden kann, der eine Vielzahl von Statistiken verschiedener
Ordnungen umfaßt,
wobei in diesem Fall eine entsprechende Vielzahl von Schwellen {T3n} festgelegt werden kann. Letztendlich versteht
sich auch, dass bei anderen Ausführungsformen
andere Statistiken als solche, die durch die obige allgemeine Formel
dargestellt sind, verwendet werden können. Unabhängig davon, welche Statistik oder
Statistiken verwendet wird bzw. werden, kann bzw. können sie
entweder auf der Grundlage empfangener-Impuls-um-empfangener-Impuls
oder für jedes
Fenster einer Vielzahl von (möglicherweise sich überlappenden)
Fenstern innerhalb eines einzelnen Impulses berechnet werden. Für jedes
dieser Fenster (oder für
den gesamten Impuls, wenn so gerechnet wird) bestimmt der Prozessor,
ob jede entsprechende Statistik irgendeine vorbe stimmte Schwelle
T3n übertrifft.
Wenn ja, wird festgestellt, dass die ULD sich bewegt.
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Einige
Ausführungsformen
der Erfindung sind besonders dargestellt und/oder hier beschrieben.
Es versteht sich aber, dass Modifikationen und Abweichungen der
Erfindung von der oben genannten Lehre erfaßt und innerhalb des Umfanges
der anhängenden
Ansprüche
sind, ohne vom Geist und dem beabsichtigten Umfang der Erfindung
abzuweichen.