DE1774562C3

DE1774562C3 - Anordnung zum Abtasten von rückstrahlenden Markierungen

Info

Publication number: DE1774562C3
Application number: DE1774562A
Authority: DE
Inventors: Franklin L. Feigin; Francis H. Stites
Original assignee: Servo Corp Of America Hicksville Ny (vsta)
Current assignee: Servo Corp Of America Hicksville Ny (vsta)
Priority date: 1967-07-20
Filing date: 1968-07-16
Publication date: 1975-11-13
Also published as: US3456997A; DE1774562B2; GB1241825A; FR1596511A; BE718279A; DE1774562A1

Description

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Es ist eine Anordnung zum Abtasten von rückstrahlenden Markierungen, die an einem bewegten Gegenstand befestigt sind, mit einen Abtaster, bestehend aus einer rohrenden Trageinrichtung, die eine Anzahl strahlungsreflektierender Elemente auf ihrem Umfang trägt, und einer Quelle für elektromagnetische Strahlung, die so angeordnet ist, daß sie mit Hilfe der strahlungsreflektierten Elemente nacheinander auf die rückstrahlenden Markierungen elektromagnetische Strah- lung richtet, wobei die Strahlung von den rückstrahlenden Markierungen über die Strahlungsreflektierenden Elemente auf dem Abtaster zugeordnete Empfänger fällt, bekannt (USA.-Patentschrift 32 25 177).

Eine rückstrahlende Markierung besteht typischerweise aus einer Anzahl rechteckiger rückstrahlender Streifen in den Farben orange, blau und weiß, sowie nicht reflektierenden schwarzen Streifen, die in einer vertikalen Orientierung an der Seite eines Eisenbahn waggons angeordnet sind, so daß sie mit der bekannte] Anordnung abgetastet werden können. Die verschiede nen Streifen sind in einem Kodemuster übereinande angeordnet, das die Identität des Fahrzeuges oder an dere dieses Fahrzeug betreffende Informationen reprä

sentiert .

Die bekannte Anordnung ist üblicherweise so an geordnet daß die elektromagnetische Strahlung unte einem kleinen Winkel auf die Markierung auftrifft Da heißt jeder auftreffende Strahl trifft auf die Markie rung von innerhalb einer Vertikalebene, die unte einem kleinen Winkel relativ zu einer zugehörigei Ebene normal zur Markierungsoberfläche steht. De kleine Winkel ist notwendig, um spiegelnde Refiexio nen von einer Schutzschicht der Markierung oder an deren Teilen am Fahrzeug zu vermeiden und dami einen befriedigenden Geräuschabstand der Signale auf rechtzuerhalten.

In bestimmten Fällen treten bei der bekannten An Ordnung Schwierigkeiten auf, nämlich wenn Fahrzeug markierungen abzulesen sind, die weit über oder untei der Höhe der Anordnung angeordnet sind. Das gilt bei spielsweise für Markierungen an einem Huckepack fahrzeug, das sich auf einem Waggon erheblich höhe: befindet als die Abtastanordnung am Boden, oder aucl für Tiefladewagen, bei denen die Markierung notwen digerweise in d^r Nähe des Bodens angeordnet ist um damit deutlich unterhalb der Abtastanordnung. In bei den Fällen werden die am weitesten oberhalb bzw. un terhalb der Anordnung befindlichen Streifen stark ver zerrt statt der erwünschten rechteckigen Form ergib sich eine unerwünschte Trapezform. Infolge dieser Ver zerrung können sich die Bilder benachbarter Streifer auf den dem Abtaster zugeordneten Empfängern über lappen, so daß keine einwandfreie Identifizierung mehl möglich ist

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Abtasten Ordnung, die die im Oberbegriff des Absatz 1 enthalte nen Merkmale aufweist derart zu verbessern, daß sol ehe Bildverzerrungen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge löst daß die elektromagnetische Strahlung auf di< Strahlungsreflektierenden Elemente längs eines Wege: in einer ersten Ebene gerichtet ist, die einen spitzer Winkel mit einer Ebene senkrecht zur Oberfläche jedei reflektierenden Elementes und zur Ebene der rück strahlenden Markierungen einschließt und jedes strah lungsreflektierende Element mit seiner Oberfläche be der Rotation durch eine Vertikalebene läuft die paral IeI zur Markierungsebene ist, und daß die Strahlung von den Strahlungsreflektierenden Elementen zu der rückstrahlenden Markierungen und zurück unter den gleichen spitzen Winkel in bezug auf die Ebene senk recht zur Markierungsebene verläuft

Bei einer derart ausgebildeten Anordnung werder die rechteckigen Streifen der Markierung ausretchem genau als Rechtecke auf den dem Abtaster zugeordne ten Empfängern abgebildet so daß eine einwandfrei« Abtastung auch bei sehr hoch oder sehr tief liegender Markierungen möglich ist.

Spezielle Ausgestaltungen der Erfindung ergebet sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher er läutert werden; es zeigt

F i g. 1 eine schematische Aufsicht auf eine bekannt« Anordnung zum Abtasten einer codierten Markierung an einem sich bewegenden Eisenbahnwaggon mit Lieh

:_n vertikalen Ebenen, wobei jede Ebene einen kleinen Winkel relativ zu einer zugehörigen Vertikalebene senkrecht zur Oberfläche der Markierung iiildet,

Fig-2 eine ins Einzelne gehende perspektivische Darstellung eines Teils der Anordnung nach F i g. 1,

F i g. 3 die Charakteristik eines rückstrahlenden Werkstoffes, d.h. den Zusammenhang zwischen dem Auftreffwinkel des Lichtes auf das Material und der relativen Helligkeit des vom Material zurückgestrahlten Lichtes,

Fig.4a ein trapezförmiges reflektiertes Bild einer codierten rückstrahlenden Markierung an einem Hukkepackverkehrfahrzeug, gesehen von einem Schlitz in einer Maske bei der Anordnung nach F i g. 2,

Fig.4b ein trapezförmiges reflektiertes Bild einer cod'erten rückstrahlenden Markierung an einem Tiefladewagen, gesehen von dem Schlitz in de- Maske der Anordnung nach F i g. 2,

Fig.5a schematisch einen typischen elektrischen Impuls, der der Abtast- und Decodier-Schaltung der Anordnung nach F i g. 2 zugeführt wird, wenn ein Bild eines Streifens einer abgetasteten Markierung nicht auf die in F i g. 4a oder 4b dargestellte Weise verzerrt ist,

F i g. 5b einen typischen elektrischen Impuls, der der Abtast- und Decodier-Schaltung der Anordnung nach F i g. 2 zugeführt wird, wenn das Bild eines Streifens einer abgetasteten Markierung auf die in F i g. 4a oder 4b dargestellte Weise verzerrt ist,

F i g. 6 eine allgemeine Aufsicht auf eine Anordnung nach der Erfindung zum Abtasten codierter rückstrahlender Markierungen an sich bewegenden Fahrzeugen mit Licht von innerhalb paralleler vertikaler Ebenen, wobei jede Ebene einen kleinen Winkel relativ zu einer zugehörigen Veriäkalebene normal zur Oberfläche der Markierung einnimmt,

F i g. 7 eine perspektivische Darstellung der Anordnung nach F i g. 6,

F i g. 8a schematisch die Art und Weise, in der auftreffendes Licht bei der Anordnung nach Fig.7 auf eine codierte rückstrahlende Markierung gerichtet wird, gesehen von der Vorderseite der Anordnung,

F i g. 8b eine der F i g. 8a ähnliche schematische Darstellung, gesehen von der Oberseite der Anordnung,

Fig.9 ein reflektiertes Bild einer codierten rückstrahlenden Markierung eines Eisenbahnwaggons, eines Huckepackverkehrfahrzeuges oder eines Tiefladewagens, gesehen von einem Schlitz in einer Maske der Vorrichtung nach F i g. 7, und

F i g. 10 eine Modifikation des Abtastrades, das bei einer erfindungsgemäßen Anordnung verwendet wird.

In F i g. 1 ist eine Aufsicht auf eine bekannte Anordnung nach der USA.-Patentschrift 32 25 177 zum Ablesen codierter rückstrahlender Markierungen dargestellt, die an sich bewegenden Fahrzeugen, beispielsweise üblichen Eisenbahnwaggons, befestigt sind. Gemaß F i g. 1 wird ein Abtastlichtstrahl mit einem rotierenden Rad 3, das einen Teil eines optischen Systems 1 bildet, auf eine codierte rückstrahlende Markierung 2 gerichtet, die an einem Eisenbahnwaggon RC befestigt ist. Typischerweise ist die rückstrahlende codierte Markierung 2 an einer Seite des Eisenbahnwaggons RC in einer solchen Höhe befestigt, daß die Markierung während des Mittelteils des Abtaststrahls vom optischen System 1 abgetastet wird.

]?der auftreffende Strahl /, der auf einen rückstrahlenden Streifen der Markierung 2 gerichtet ist, liegt in einer vertikalen Ebene, die vorzugsweise einen kleinen Winkel bezüglich einer zugehörigen Vertikalebene normal zur Oberfläche der Markierung einnimmt Jeder reflektierte Strahl R, der von einem rückstrahlenden Streifen zurückgeschickt wird, Hegt ebenfalls in einer Ebene, die einen kleinen Winkel gegenüber einer Ebene normal zu der Markierung einnimmt

Gemäß Fig.2 besteht das optische System 1 aus dem rotierenden Rad 3 mit einer Anzahl reflektierender Oberflächen 32 auf dem Umfang, einer Lampe 18, einem teilverspiegelten Spiegel 30 mit einer elliptischen öffnung 42, einer Fokussierlinse 46, einer Maske 48 mit einem rechteckigen Betrachtungsschlitz 50, einem Kollektor 56, einem dichroitischen Spiegel 35, einem Orangefilter 52, einem Blaufilter 54, einer Orangekanal-Fotozelle 36 und einer Blaukanal-Fotozelle 38. Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist bekannt sie soll jedoch hier kurz wiederholt werden.

Wenn der die codierte rückstrahlende Markierung 2 tragende Eisenbahn waggon RC dem optischen System

1 dargeboten wird, wird ein auftreffender Lichtstrahl von der Lampe 18 mit dem teilverspiegelten Spiegel 30 zu den reflektierenden Flächen 32 des rotierenden Rades 3 reflektiert Das von den reflektierenden Oberflächen 32 aufgenommene Licht wird weiter zur Markierung 2 hin reflektiert, und zwar auf Grund einer Drehbewegung, die mit einem nicht dargestellten Motor dem rotierenden Rad 3 erteilt wird. Die auftreffenden Lichtstrahlen, die auf die Markierung 2 gerichtet sind, erscheinen in vertikalen Ebenen, die kleine Winkel von etwa 12 bis 15° mit zugehörigen Vertikalebenen einschließen, die senkrecht zur Oberfläche der Markierung

2 liegen.

Der Winkelbereich 12 bis 15° wird wegen der Eigenschaften des speziellen üblicherweise benutzten rückstrahlenden Materials bevorzugt, mit dem unter einem Winkel von 12 bis 15° auftreffendes Licht mit relativ hohem Wirkungsgrad reflektiert wird, vgl. F i g. 3. Versuche haben gezeigt daß, wenn kleinere Auftreffwinkel verwendet werden, unerwünschte spiegelnde Reflexionen durch Schutzschichten hervorgerufen werden, die normalerweise über den rückstrahlenden Markierungen liegen und diese gegen Umwelteinflüsse schützen. Wenn größere Auftreffwinkel verwendet werden, ergibt sich ein erheblicher Abfall in der relativen Helligkeit des von den rückstrahlenden Markierungen reflektierten Lichtes, vgl. wieder F i g. 3. Wenn ein anderes rückstrahlendes Material verwendet wird, kann der Winkelbereich, unter dem eine Markierung abgelesen werden kann, sich von dem angegebenen Bereich 12 bis 15° unterscheiden.

Das auf die Markierung 2 gerichtete Licht gemäß F i g. 1 und 2 wird längs des Weges des auftreffenden Lichtes von den einzelnen rückstrahlenden Streifen der Markierung 2 zurückgestrahlt Das zurückgestrahlte Licht wird zu den reflektierenden Flächen 32 des rotierenden Rades 3 zurückgeschickt, und geht dann durch die öffnung 42 im Spiegel 30. Die elliptische öffnung 42 sorgt für einen kreisförmigen Lichtstrahlquerschnitt, weil die diagonale Anordnung des Spiegels 30 die Ellipse bezüglich des Lichtweges in einen Kreis verwandelt.

Das zurückgestrahlte Licht, das von den rückstrahlenden Streifen der codierten Markierung 2 aufgenommen wird, wenn die Streifen nacheinander mit Licht von den reflektierenden Elementen 32 abgetastet werden, bildet das reflektierte Bild der Markierung 2. Das reflektierte Bild der Markierung 2 wird mit der Fokussierlinse 46 auf die Maske 48 projiziert Die Abmessungen des Betrachtungsschlitzes 50 sind so bemessen, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt nur ein kleiner Teil der

Gesamtbreite jedes Bildes eines Streifens betrachtet wird. Dieser Teil wird vom Kollektor 56 aufgenommen und von diesem auf den dichroitischen Spiegel 35 gerichtet.

Wenn eine vierfarbige Markierung in Verbindung mit der Anordnung nach F i g. 2 verwendet wird, sind in dieser ein »Orange«-Kanal und ein »Blau«-Kanal vorgesehen. Der dichroitisch^ Spiegel 35 unterteilt das reflektierte Licht vom Kollektor 56 in seine orangenen und blauen Komponenten, indem das orangene Licht durch das Orangefilter 52 zur Orangekanal-Eingangsfotozelle 36 durchgelassen wird und das blaue Licht durch den Blaufilter 54 zur Blaukanal-Eingangsfotozelle 38 reflektiert wird. Die von den Fotozellen 36 und 38 auf Grund des aufgenommenen Lichtes vom Orangefilter 52 und Blaufilter 54 gelieferten Signale werden dann Abtast- und Decodier-Schaltungen zur weiteren Verarbeitung zugeführt.

Die Anordnung der Elemente nach F i g. 1 und 2 hat sich beim Ablesen codierter rückstrahlender Markierungen an üblichen Eisenbahnwaggons bewährt, bei denen jede Markierung im wesentlichen im Mittelteil der Abtastung eines Strahls vom optischen System 1 angeordnet ist, es treten jedoch Schwierigkeiten auf, wenn eine solche Anordnung dazu verwendet wird, codierte rückstrahlende Markierungen abzulesen, die am oberen Ende des Abtastbereiches des Abtaststrahls liegen, beispielsweise der Markierung eines Huckepackverkehrfahrzeuges, oder am unteren Ende des Abtastbereiches des Strahls, beispielsweise eine Markierung eines Tiefladewagens. Genauer gesagt, wenn das optische System 1 gemäß F i g. 1 und 2 angeordnet ist und dazu verwendet wird, die rückstrahlende Markierung eines Huckepackverkehrfahrzeuges abzutasten, und zwar mit Lichtstrahlen unter Auftreffwinkeln von etwa 12 bis 15°, hat das auf die Maske 48 projizierte Bild der Markierung des Huckepackverkehrsfahrzeuges, das mit dieser selektiv geprüft werden soll, allgemein die unerwünschte Trapezform gemäß F i g. 4a. Diese Trapezform ergibt sich aus der Tatsache, daß die Huckepackverkehrfahrzeug-Markierung unter einem Winkel 12 bis 15° abgetastet wird und die reflektierenden Oberflächen 32 in Ebenen liegen, die nicht parallel zu den Ebenen der Markierungsoberfläche sind. Wie aus F i g. 4a ersichtlich ist, ist die Verzerrung für den obersten, d.h. entferntesten Streifen der Markierung am stärksten. F i g. 4b stellt das reflektierte Bild einer Markierung eines Tiefladewagens dar, das erhalten wird, wenn diese Markierung in der beschriebenen Weise mit Lichtstrahlen unter einem Auftreffwinkel von 12 bis 15° abgetastet wird. Wie sich aus F i g. 4b ergibt, ist die Verzerrung für den untersten, d. h. entferntesten Streifen der Markierung des Tiefladewagens am stärksten.

Wie sich weiter aus F i g. 4a und 4b ergibt, sieht der Schlitz 50 in der Maske 48 nur einen Teil der Breiten der Bilder der Streifen, da viele der Streifenbilder eine extrem diagonale Lage haben. Wenn der Schlitz 50 in der Maske 48 nur einen Teil der Breite vieler Streifenbilder erhält, werden von den Fotozellen 36 und 38 elektrische Signale der in Fig.5b gezeigten Form erzeugt, statt Signale der gewünschten Form gemäß F i g. 5a, wenn Streifenbildverzerrungen vorhanden sind. Da die Breiten der Impulse mit Formen nach F i g. 5b nicht leicht gemessen werden können, wenn diese der Abtast- und Decodierelektronik zugeführt werden, kann sich eine fehlerhafte Arbeitsweise ergeben.

Erfindungsgemäß werden die Streifenbildverzerrungen der Anordnung nach F i g. 1 und 2 durch die in F i g. 6 und mit Einzelheiten in F i g. 7 dargestellte Anordnung vermieden, und zwar durch eine spezielle Anordnung der reflektierenden Flächen 32, des rotierenden Rades 3 und der Systemlichtquelle, so daß die auftreffenden Lichtstrahlenwinkel die bisherigen Werte

ίο beibehalten, sich die reflektierenden Flächen 32 jedoch nunmehr durch eine Ebene bewegen, die parallel zur Markierungsebene liegt. Gemäß F i g. 6 und im Gegensatz zur Anordnung nach F i g. 2 liegt das rotierende Rad 3 einer Markierung 2 an einem Fahrzeug V in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Markierung 2 gegenüber. Zusätzlich werden Lichtstrahlen unter einem Winkel von 12 bis 15°, wie bisher, auf die Markierung 2 gerichtet.
Wie sich deutlich aus F i g. 7 ergibt, sind die Lampe 18, der Spiegel 30 und das rotierende Rad 3 relativ zueinander derart angeordnet, daß ein auftreffender Lichtstrahl vom Spiegel 30 auf jede der reflektierenden Flächen 32 des rotierenden Rades 3 bei dessen Drehung von innerhalb einer ersten vertikalen Ebene auftrifft, die unter einem Winkel von etwa 12 bis 15° zu einer vertikalen Ebene normal zur Laufrichtung des Fahrzeuges liegt. In Fig.8a ist die Auftreffebene des Lichtstrahls als Ebene A bezeichnet. Gemäß F i g. 8a und 8b wird ein auftreffender Lichtstrahl / in der Ebene A nach Auftreffen auf eine reflektierende Fläche 32 von dieser in einer zweiten Vertikalebene, der Ebene B auf die Markierung zu reflektiert Die Vertikalebene t schließt auch mit einer Ebene normal zur Laufrichtung des Fahrzeuges V einen Winkel von etwa 12 bis 15° ein. Entsprechend der speziellen Anordnung des Spiegels 30, der Lampe 18 und des rotierenden Rades 3 gemäß F i g. 7 sind die Elemente 46, 48, 50, 56 usw. se positioniert daß sie im optischen Weg des rückge strahlten Lichtes durch die öffnung 42 im Spiegel 3C bleiben.

Wenn das rückgestrahlte Licht von der Markierung eines Huckepackverkehrfahrzeuges, eines Tiefladewa gens oder eines gewöhnlichen Eisenbahnwaggons zurr Spiegel 30 längs des Weges des auftreffenden Lichte; zurückgeschickt und von der Maske 48 aufgenommer wird, hat jedes der mit dem Schlitz 50 aufgenommener Bilder allgemein die Form gemäß F i g. 9. Die in F i g. ί dargestellte Form ergibt sich aus der Tatsache, daß die reflektierenden Flächen 32 durch eine Ebene paralle zur Ebene der Oberfläche der abgetasteten Markierunj laufen. Da das reflektierte Bild der Markierung, da; durch den Schlitz 50 der Maske 48 gemäß F i g. 7 hin durchtritt, nicht relativ zum Schlitz 50 schief liiegt, wer den Impulse der gewünschten Form gemäß' F i g. 5i von den Fotozellen 36 und 38 an die Abtast- und Deco dierelektronik zur weiteren Verarbeitung geliefert

F i g. 10 zeigt eine Abwandlung des rotierenden Ra des 3 nach der Erfindung, die dazu verwendet werdei kann, den gewünschten Lichtauftreffwinkel für eine ab zutastende Markierung zu erreichen. Gemäß Fig. K besteht ein rotierendes Rad 3' aus einer Anzahl reflek tierender Flächen 32', die jede Trapezform haben um auf dem rotierenden Rad 3' derart angeordnet sind, dal sie jeden auftreffenden Lichtstrahl, beispielsweise dei Strahl /, um einen Betrag gleich 12 bis 15° reflektieren.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Abtasten von rückstrahlenden Markierungen, die an einem bewegten Gegenstand s befestigt sind, mit einem Abtaster, bestehend aus einer rotierenden Trageinrichtung, die eine Anzahl strahlungsreflektierender Elemente auf ihrem Umfang trägt, und einer Quelle für elektromagnetische Strahlung, die so angeordnet ist, daß sie mit Hilfe der Strahlungsreflektierenden Elemente nacheinander auf die rückstrahlenden Markierungen elektromagnetische Strahlung richtet, wobei die Strahlung von den rückstrahlenden Markierungen über die Strahlungsreflektierenden Elemente auf dem Abtalter zugeordnete Empfänger fällt, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Strahlung auf die Strahlungsreflektierenden Elemente längs eines Weges in einer ersten Ebene gerichtet ist, die einen spitzen Winkel mit einer Ebene senkrecht zur Oberfläche jedes reflektierenden Elementes und zur Ebene der rückstrahlenden Markierungen einschließt, und jedes strahlungsreflektierende Element mit seiner Oberfläche bei der Rotation durch eine Vertikalebene läuft, die parallel zur Markierungsebene ist, und daß die Strahlung von den Strahlungsreflektierenden Elementen zu den rückstrahlenden Markierungen und zurück unter dem gleichen spitzen Winkel in bezug auf die Ebene senkrecht zur Markierungsebenc verläuft.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsreflektierenden Elemente Trapezform haben.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinrichtung ein drehbares Rad ist, die strahlungsreflektierenden Elemente Spiegel sind und die Quelle für elektromagnetische Strahlung eine Lichtquelle ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Winkel einen Wert von 12 bis 15° hat

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die rückstrahlende Markierung aus einem Material besteht, das eine relative Helligkeit von etwa 50 für zurückgestrahltes Licht hat, das unter 12 bis 15° zur Normalen auf trifft (F i g. 3).