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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selbsttätigen Ausrichtung eines Lasers zur Laserdistanz- und -positionsbestimmung eines entlang einer Schiene verfahrbaren Schienenfahrzeuges nach dem Patentanspruch 3. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Laserdistanz- und -positionsbestimmung eines entlang einer Schiene verfahrbaren Schienenfahrzeuges, insbesondere eines Krans nach dem Patentanspruch 4.
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Schienenfahrzeuganlagen, wie beispielsweise Hallenkransysteme sind regelmäßig mit Vorrichtungen zur Distanz- und Positionsbestimmung ausgestattet. Mithilfe solcher Vorrichtungen kann beispielsweise kontinuierlich die Distanz zwischen dem Kran und einem Gegenkran ermittelt werden. Zudem ist eine Feststellung der jeweiligen Kranposition ermöglicht. Zur Entfernungsmessung kommt regelmäßig ein Laser zum Einsatz, über den ein Laserimpuls auf einen reflektierenden Zielpunkt gesendet wird. Vom Zielpunkt aus erfolgt eine Reflektion des Impulses, der von einer Fotozelle innerhalb des Lasermessgeräts empfangen wird. Mithilfe der Lichtgeschwindigkeit des Lasers, die innerhalb des Prozessrechners des Laserdistanzmessers hinterlegt ist, wird nun auf Basis der gemessenen Zeitspanne zwischen der Auslösung des Laserstrahls bis zur Rückreflektion durch die Fotozelle die Distanz zwischen Ausgangs- und Zielpunkt errechnet. Diese so genannte Laufzeitmessung bietet den Vorteil einer sehr geringen Reaktionszeit. Wird ein solches Lasermesssystem auf einem Kran eingesetzt, speziell um den Kran auf der Kranbahn zu positionieren, muss der Reflektor oder der Spiegel mit zunehmender Messdistanz immer größer dimensioniert werden. Dies hängt damit zusammen, dass der Kran als schienengebundene Maschine durch Spurkränze bzw. Spurführungsrollen auf der Schiene gehalten wird. Diese Spurführungssysteme sowie das Schienensystem, auf dem der Kran in einer Halle angeordnet ist, sind toleranzbehaftet, sodass sich die Richtung des Kranfahrwerks zur Hallenlängsachse innerhalb eines zulässigen Winkels während des Fahrbetriebs verändert. Das hat zur Folge, dass der Laser, der auf dem Kranfahrwerk des Krans befestigt ist, mit zunehmender Distanz zum Spiegel immer größere Reflektoren benötigt. Um zu gewährleisten, dass der Laserstrahl in allen Positionen reflektiert wird, ist fallweise ein Reflektorspiegel mit erheblichen Abmaßen erforderlich, der eine Breite von mehr als zwei Metern aufweisen kann.
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Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Distanz- und Positionsbestimmung eines entlang einer Schiene verfahrbaren Schienenfahrzeuges, insbesondere eines Krans bereitzustellen, das unabhängig von der Messdistanz den Einsatz von kleiner dimensionierten Spiegeln ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Mit der Erfindung ist ein Verfahren zur Distanz- und Positionsbestimmung eines entlang einer Schiene verfahrbaren Schienenfahrzeuges, insbesondere eines Krans bereitgestellt, das unabhängig von der Messdistanz den Einsatz von kleiner dimensionierten Spiegeln ermöglicht. Dadurch, dass innerhalb eines jeden Messzyklus eine Ausrichtung des Lasers des Laserdistanzmessers auf die horizontale Mitte des Reflektorspiegels erfolgt, wobei der Laseremitter über den Stellantrieb zunächst zu einer Seite horizontal ausgeschwenkt wird, bis sich die gemessene Entfernung an einer ersten Peakposition schlagartig vergrößert, wonach der Laseremitter zur anderen Seite horizontal verschwenkt wird, bis sich die gemessene Entfernung an einer zweiten Peakposition schlagartig vergrößert, wonach der Laser auf den arithmetischen Mittelwert der Koordinaten der ersten und der zweiten Peakposition ausgerichtet wird, ist auch bei durch das Spurspiel eines Kranes bedingten Winkelabweichungen der Krananlage zur Kranbahn eine stetige Ausrichtung des Laserstrahls auf die Mitte des Reflektorspiegels ermöglicht. Hierdurch sind nur geringe Abmessungen des Reflektorspiegels erforderlich. Erfindungswesentlich ist, dass der Laserstrahl innerhalb eines jeden Messzyklus stets durch den Stellantrieb auf die Mitte des avisierten Reflektorspiegels ausgerichtet wird. Hierzu kann beispielsweise auch eine optische Umlenkvorrichtung wie ein Umlenkspiegel oder auch ein Umlenkprisma vor dem Laseremitter angeordnet sein, der über den Stellantrieb verstellbar ist, wodurch eine Ausrichtung des Laserstrahls ermöglicht ist. Auch die Verstellung einer derart angeordneten optischen Umlenkvorrichtung durch einen Stellantrieb ist eine Verstellung des Laseremitters im Sinne der vorliegenden Erfindung.
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Unter dem Begriff „Stellantrieb“ sind vorliegend sämtlich Antriebe zu subsummieren, die zur Verschiebung und/oder Verdrehung des Laserdistanzmessers bzw. des Laseremitters oder auch eines vor dem Laseremitter angeordneten Spiegels geeignet ist. Ein solcher Stellantrieb kann beispielsweise durch einen Motor, einen Linearantrieb, oder auch eine elektromagnetische Verstelleinrichtung gebildet sein.
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Bevorzugt umfasst der Stellantrieb wenigstens einen Servomotor. Hierdurch ist eine sehr präzise Bewegung des Laserdistanzmessers ermöglicht.
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In Weiterbildung der Erfindung erfolgt in definierten Messzyklen zusätzlich eine Ausrichtung des Lasers des Laserdistanzmessers auf die vertikale Mitte des Reflektorspiegels, wobei der Laser über den Stellantrieb zunächst zu einer Seite vertikal ausgeschwenkt wird, bis sich die gemessene Entfernung an einer dritten Peakposition schlagartig vergrößert, wonach der Laser zur anderen Seite vertikal verschwenkt wird, bis sich die gemessene Entfernung an einer vierten Peakposition schlagartig vergrößert, wonach der Laser zusätzlich in vertikaler Richtung auf den arithmetischen Mittelwert der Koordinaten der dritten und der vierten Peakposition ausgerichtet wird. Hierdurch wird der Laser insbesondere bei größeren Kranbahnunebenheiten auch in der vertikalen Richtung auf den Mittelpunkt des Reflektors fokussiert.
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In Ausgestaltung der Erfindung werden wenigstens zwei Reflektorspiegel in einem definierte Abstand zueinander entlang der Schiene beabstandet zu dieser ortsfest angeordnet, wobei der Laserstrahl des Laserdistanzmessers bei Erreichen einer definierten von dem Laserdistanzmesser übermittelten Distanz über den Stellantrieb auf die Mitte des in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges nächsten Reflektorspiegels ausgerichtet wird und wobei der Abstand der beiden Reflektorspiegel in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs zu dem von dem Laserdistanzmesser ermittelten Abstandswert addiert bzw. von diesem subtrahiert wird. Hierdurch ist eine Kranbahn mit erheblicher Länge messtechnisch erfassbar, ohne dass die Reichweite des Lasers den Gesamtbereich der Kranbahn abdecken muss, wodurch die Herstellungskosten reduziert sind. Durch eine derartige Kaskadierung der Spiegel ist eine in der Länge unbegrenzte Strecke messbar.
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Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Distanz- und Positionsbestimmung eines entlang einer Schiene verfahrbaren Schienenfahrzeuges, insbesondere eines Krans bereitzustellen, die unabhängig von der Messdistanz den Einsatz von kleiner dimensionierten Spiegeln ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst.
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Mit der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Distanz- und Positionsbestimmung eines entlang einer Schiene verfahrbaren Schienenfahrzeuges, insbesondere eines Krans bereitgestellt, die unabhängig von der Messdistanz den Einsatz von kleiner dimensionierten Spiegeln ermöglicht. Dadurch, dass eine Steuer- und Regeleinrichtung angeordnet ist, die zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens eigerichtet ist, erfolgt auf Basis der erfindungsgemäß vorgesehenen Randabtastung des Reflektorspiegels in jedem Messzyklus die Bestimmung der Mitte des Reflektorspiegels als hälftiger Spiegelrandabstand. Im Rahmen dieser Randabtastung wird der Laser zu beiden Seiten ausgelenkt, bis eine schlagartige Vergrößerung der gemessenen Entfernung zu dem Reflektorspiegel erfolgt. Auf diese Weise ist eine einfache, robuste Mittenbestimmung des Reflektorspiegels erzielt. Der Stellantrieb kann nun so angesteuert werden, dass der Laserstrahl immer automatisch in die Mitte des Reflektorspiegels zurückgeführt wird. Dabei ist es regelmäßig ausreichend, eine Randabtastung der Querseiten des Reflektorspiegels vorzunehmen. In Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens zwei Reflektorspiegel in einem definierten Abstand zueinander ortsfest angeordnet, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung derart eingerichtet ist, dass sie bei Erreichen einer definierten von dem Laserdistanzmesser ermittelten Distanz den Stellantrieb derart ansteuert, dass der Laserstrahl des Laserdistanzmessers auf die Mitte des in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs nächsten Reflektorspiegels ausgerichtet ist, und wobei eine Rechnereinheit angeordnet ist, die eine Berücksichtigung des Abstandes der beiden Reflektorspiegel durch Addition oder Subtraktion des Abstandes auf den bzw. von dem durch den Laserdistanzmesser ermittelten Abstandswert ermöglicht. Hierdurch ist eine Kranbahn mit erheblicher Länge messtechnisch erfassbar, ohne dass die Reichweite des Lasers den Gesamtbereich der Kranbahn abdecken muss, wodurch die Herstellungskosten reduziert sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
- 1 die schematische Darstellung eines Hallenkrans mit einer Vorrichtung zur Distanz- und Positionsbestimmung;
- 2 eine ausschnittsweise Detaildarstellung der Vorrichtung des Hallenkrans in verschiedenen Fahrpositionen;
- 3 die schematische Darstellung des Hallenkrans aus 1 mit vertikaler Laserkorrektur und
- 4 die schematische Darstellung des Hallenkrans aus 1 mit horizontaler Laserkorrektur.
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Die als Ausführungsbeispiel gewählte Hallenkrananlage umfasst einen Hallenkran 1, der über zwei endseitig angeordnete Fahrwerksträger 2 auf parallel zueinander angeordneten Schienen 3 verfahrbar ist. Auf einem der Fahrwerksträger 2 ist ein Laserdistanzmesser 4 angeordnet, der über einen Servomotor 5 in einer Ebene verdrehbar ist. An einer parallel zur Schiene 3 angeordneten Hallenwand 7 sind in definierten Abständen zueinander vier im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildete Reflektorspiegel 4 angeordnet, die derart ausgerichtet sind, dass ein von dem Laseremitter des Laserdistanzmessers 4 ausgesandter Laserstrahl 41 ist etwa auf der Längsmittellinie des Reflektorspiegels 6 auftrifft. Eine Drehung des Laserdistanzmessers 4 über den Servomotor 5 bewirkt so ein Verfahren des Laserstrahls 41 etwa entlang der Längsmittelachse eines Reflektorspiegels 6. Derselbe Effekt kann auch durch die Anordnung eines über einen Servomotor verdrehbaren, vor dem Laseremitter des Laserdistanzmessers 4 angeordneten Umlenkspiegels erzielt werden.
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Der Laserdistanzmesser 4 sowie Servomotor 5 sind mit einer - nicht dargestellten - Steuer- und Regeleinrichtung verbunden. Die Steuer- und Regeleinrichtung ist derart eingerichtet, dass sie auf Basis des Messsignals des Laserdistanzmessers 4 den Servomotor 5 derart ansteuert, dass der Laserstrahl 41 des Laserdistanzmessers 4 auf die Mitte des anvisierten Reflektorspiegels 6 ausgerichtet ist. Zur Bestimmung der Mitte des anvisierten Reflektorspiegels 6 ist in der Steuer- und Regeleinrichtung ein Algorithmus hinterlegt, über den in jedem Messzyklus eine Randabtastung der Querseite des Reflektorspiegels zur Bestimmung der Mitte des Reflektorspiegels als hälftiger Spiegelrandabstand erfolgt. Hierbei wird der Laserdistanzmesser 4 über den Servomotor 5 zunächst zu einer Seite horizontal ausgeschwenkt, bis sich die von dem Laserdistanzmesser 4 gemessene Entfernung an einer ersten Peakposition schlagartig vergrößert. Danach wird der Laseremitter zur anderen Seite horizontal verschwenkt, bis sich die gemessene Entfernung an einer zweiten Peakposition schlagartig vergrößert. Anschließend wird der Laserdistanzmesser 4 auf den arithmetischen Mittelwert der Koordinaten der ersten und der zweiten Peakposition auf dem Reflektorspiegel 6 ausgerichtet.
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In 1 ist schematisch das Verfahren zur Distanz- und Positionsbestimmung eines entlang einer Schiene fahrenden Krans dargestellt. Die gestrichelten Abbildungen zeigen dabei den Hallenkran 1 in verschiedenen Positionen zu unterschiedlichen Zeiten. Zu Beginn der Bewegung ist der Laserdistanzmesser 4 über den Servomotor 5 auf dem Mittelpunkt des ersten Reflektorspiegels 6 ausgerichtet, wobei die Distanz zu dem ersten Reflektorspiegel 6 über den Laserdistanzmesser 4 ermittelt wird. Die ermittelte Distanz wird innerhalb der Steuer- und Regeleinrichtung mit einem hinterlegten Grenzabstand verglichen. Wird der hinterlegte Grenzabstand erreicht, so erfolgt eine Ausrichtung des Laserdistanzmessers 4 über den Servomotor 5 auf den in Fahrtrichtung nächsten Reflektorspiegel 6, wobei der Laserdistanzmesser 4 über den Servomotor 5 entlang einer Ebene verdreht wird. Durch eine nachfolgende Randabtastung des nun anvisierten Reflektorspiegels 6 über den vorstehend beschriebenen Algorithmus wird dessen Mitte ermittelt und der Laserstrahl 41 des Laserdistanzmessers 4 wird auf diese Mitte ausgerichtet.
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Die im nachfolgenden von dem Laserdistanzmesser ermittelten Abstände zu dem nun avisierten Reflektorspiegel 6 wird der Abstand s1 dieses Reflektorspiegels zu dem ersten Reflektorspiegel 6 hinzuaddiert. Zugleich werden die nun von dem Laserdistanzmesser 4 ermittelten Abstände wiederum mit dem hinterlegten Grenzabstand verglichen. Bei Erreichen dieses Grenzabstands wird wiederum der in Fahrtrichtung nächste Reflektorspiegel 6 durch Drehung des Laserdistanzmessers 4 über den Servomotor 5 avisiert und der Laserstrahl 41 des Laserdistanzmessers 4 wird in der vorstehend beschriebenen Art und Weise auf die Mitte des nun avisierten Reflektorspiegels ausgerichtet. Den nun von dem Laserdistanzmessers 4 ermittelten Entfernungen wird der Abstand s1 + s2 des nun avisierten Reflektorspiegels 6 zum ersten Reflektorspiegel 6 hinzuaddiert. Zugleich erfolgt wiederum über die Steuer- und Regeleinrichtung ein Vergleich der von dem Laserdistanzmesser 4 ermittelten Abstände mit dem hinterlegten Grenzabstand. Wird dieser Grenzabstand erreicht, wird wiederum der in Fahrtrichtung nächste Reflektorspiegel 6 anvisiert usw.
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In weiteren Fahrzuständen wird fortlaufend die Distanz zu dem jeweiligen Reflektorspiegel gemessen, wobei der Laserdistanzmesser 4 in jedem Messzyklus in der vorstehend beschriebenen Art und Weise auf die Mitte des anvisierten Reflektorspiegels 6 ausgerichtet wird.
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Es hat sich gezeigt, dass die Reflektorspiegel besonders kompakt ausgebildet sein können, wenn die Längsmittelachse des Reflektorspiegels 6 im Wesentlichen auf der Ebene liegt, entlang der der Laserdistanzmesser 4 (und damit der Laserstrahl 41) über den Servomotor 6 verschiebbar und/oder verdrehbar ist. In dem obigen Ausführungsbeispiel können die im Betrieb erforderlichen Justierungen und Randabtastungen durch Verdrehen des Laserdistanzmessers 4 um einige wenige Grade erfolgen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Stellantrieb auch zwei Servomotoren umfassen, über die der Laserdistanzmesser 4 horizontal verdrehbar sowie vertikal verstellbar ist. In dieser Ausführungsform ist sowohl in horizontaler Richtung als auch in vertikaler Richtung eine Randabtastung zur Mittenbestimmung des Reflektorspiegels ermöglicht.
