DE2708686A1

DE2708686A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatischen fuehrung eines gegenstandes relativ zu einer vorbestimmten bahn

Info

Publication number: DE2708686A1
Application number: DE19772708686
Authority: DE
Inventors: Wolfdieter Richter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-02-28
Filing date: 1977-02-28
Publication date: 1977-09-01
Also published as: CH617520A5; BE851894A; JPS5514443B2; US4219092A; FR2357946A1; GB1571431A; SE7702012L; BR7701224A; DE2708686B2; IT1195972B; FR2357946B1; JPS52119791A; AT366504B; CA1104239A; DE2708686C3; AU2253877A; AU501235B2; ZA755471B; ATA124877A

Description

DR. A. VAN DERWERTH DR. FRANZ LEDERER REINER F. MEYER DlPL-ING. (1934-1974) DIPL.-CHEM. DIPL-ING.

8000 MÜNCHEN 80 LUCILE-GRAHN-STRASSE

TELEFON: (089) 472947 TELEX: 624624 LEOER D TEUGR.: LEDERERPATENT

28. Februar 1977 M/Ra P. 358

Wolfdieter Richter,

16, SpI!haus Avenue, Constantia, Cape Province / Südafrika

Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Führung eines Gegenstandes relativ zu einer vorbestimmten Bahn

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Führung eines Gegenstandes relativ zu einer vorbestimmten Bahn.

Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung die automatische Führung eines Fahrzeugs beispielsweise bei der Anbringung von Straßenmarkierungen.

Zur automatischen Führung eines Fahrzeugs entlang einer vorbestimmten Bahn sind bereits verschiedene Ausbildungen vorgeschlagen worden. So ist aus der FR-PS 14 64 O63 eine Führungseinrichtung für eine Straßenarbeitsmaschine bekannt, die mittels eines modulierten elektromagnetischen Strahls aktiviert wird. Eine ähnliche Einrichtung ist aus der FR-PS 15 92 195 bekannt, bei der eine Straßenmarkierungsmaschine mittels einer elektromagnetischen Visierlinie geführt wird. Aus der FR-PS 14 11 945 ist eine Einrichtung zur automatl-

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sehen Führung einer Maschine für Straßenarbeiten bekannt, die mittels eines Licht- oder Laserstrahls aktiviert wird. In diesem Fall ist die an der geführten Maschine angeordnete Empfangseinrichtung ausschließlich für den Führungsstrahl empfänglich. Diese Ausbildungen haben sich wegen äußerer Einflüsse hauptsächlich infolge von Sonnenlichtstorungen als unzweckmäßig erwiesen.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten ist die Vorsehung einer "Strahlungsquelle" auf der Bahn der Maschine vorgeschlagen worden, wobei diese Quelle eine Strahlung einer charakteristischen Wellenlänge ausstrahlt, für die die Empfangseinrichtung am geführten Fahrzeug empfänglich ist. So ist aus. der US-PS 25 20 680 ein Samenkornpflanzer bekannt, der automatisch jedes Mal dann ein Samenkorn auslegt, wenn sich der Pflanzer über eine zuvor abgelegte Markierung eines radioaktiven oder in geeigneter Weise magnet!sierten Materials hinwegbewegt. Aus der US-PS 27 50 583 ist ein Fahrzeug bekannt, das mittels einer radioaktiven Führungslinie geführt wird, die die Bewegungsbahn des Fahrzeugs definiert und die Strahlungsenergie ausstrahlt, die mittels eines Feststellungsdetektors am Fahrzeug zur Einstellung der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs relativ zur Bahn empfangen wird.

Aus der US-PS 32 29 660 ist eine Vorrichtung zur Steuerung des Lenkmechanismus eines Fahrzeugs bekannt, die über eine Einrichtung zur Feststellung von Signalelementen verfügt, die zuvor an der Pflasterung angebracht oder in diese eingebettet worden sind und entlang der sich das Fahrzeug bewegen soll; dabei ist die Einrichtung zur automatischen Aktivierung des Lenkmechanismus des Fahrzeugs zur Einstellung der Bewegungsrichtung relativ zur Pflasterung bestimmt und ausgebildet. Bei dieser Ausbildung können die Signalelemente zuvor mit Farbe angebracht und mittels einer fotoelektrischen Einrichtung festgestellt werden. Von einer weiteren Ausbildung dieser Erfindung her ist die Verwendung eines in die

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Pflasterung in Übereinstimmung mit einem zu malenden vorbestimmten Muster eingebetteten radioaktiven Materials bekannt.

Diese Ausbildungen leiden unter dem Nachteil, daß die Anbringung eines radioaktiven Materials auf der Führungsbahn für das Fahrzeug sehr kostspielig ist. Darüber hinaus zerfällt das radioaktive Material mit der Zeit, wodurch die Wirksamkeit der Führung des Fahrzeugs entlang der Bahn verlorengeht. Schließlich leiden diese Ausbildungen unter dem ernsten Nachteil, daß sie fortlaufend Strahlungsenergie ausstrahlen, was unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit und Gesundheit unerwünscht ist.

Aus der US-PS 32 98-352 ist eine automatische Maleinrichtung für Straßenmarkierungen bekannt, die mit einem Abtastsystem, das über eine oder mehrere Signale ausstrahlende Quellen verfügt, und mit einem Führungssystem ausgestattet ist, das automatisch von Signalen einer Empfangseinrichtung aktiviert wird, die Wellen festzustellen in der Lage ist, die nach ihrer Ausstrahlung von der Quelle von der Straßenfläche reflektiert werden. Diese Erfindung leidet unter dem Nachteil, daß die Abtaster für die Aufnahme von störenden Wellen verantwortlich sind, die von anderen Quellen ausgehen und von der Straße zu den Abtastern hin reflektiert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirkungsvolles Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Führung eines Gegenstandes relativ zu einer vorbestimmten Bahn zu schaffen.

Hierzu sieht die Erfindung vor eine Vorrichtung zur automatischen Führung eines sich bewegenden Gegenstandes relativ zu einer vorbestimmten Bahn, wobei vorgesehen sind zwei in einem Abstand voneinander am Gegenstand angeordnete Detektoren,

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die auf die Intensität elektromagnetischer Wellen einer vorbestimmten kurzen Wellenlänge anzusprechen in der Lage sind, die entlang der Bahn ausgestrahlt werden, an die Detektoren angeschlossene Vergleichermittel zum Vergleichen und zur Lieferung eines Ausgangssignals, das mit den Intensitäten der festgestellten elektromagnetischen Wellen in Beziehung steht,und an die Vergleichermittel angeschlossene Einstellmittel für die Einstellung der Bewegungsrichtung des Gegenstandes relativ zu der Bahn in Übereinstimmung mit dem von den Vergleichermitteln her empfangenen Ausgangssignal. Die Vorrichtung kann mit Strahlermitteln ausgestattet sein, die an dem Gegenstand angeordnet sind und geeignet sind, den Aufbau und die Ausstrahlung sekundärer Wellen vorbestimmter.. Wellenlänge entlang der Bahn hervorzurufen. In bevorzugter Weise können die Strahlermittel in einer radioaktiven Quelle bestehen, und sind die elektromagnetischen Wellen Wellen des als Röntgen-Strahlenspektrum bezeichneten Spektrums.

Des weiteren verfügen die Detektoren erfindungsgemäß über Elemente, die auf elektromagnetische Wellen vorbestimmter Wellenlänge anzusprechen in der Lage sind.

Auch kann die Vergleicherschaltung erfindungsgemäß über eine Teilerschaltung verfügen.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Fahrzeug, das mit der vorstehend definierten Führungsvorrichtung ausgestattet ist, wobei die Einstellmittel zur Betätigung des Lenkmechanismus des Fahrzeugs geeignet und bestimmt sind.

Unter einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung vor ein Verfahren zur automatischen Führung eines sich bewegenden Gegenstandes relativ zu einer Bahn, wobei elektromagnetische Wellen Jvorbestimmter Wellenlänge entlang der Bahn mit Hilfe von Strahlermitteln ausgestrahlt werden, die Intensitäten

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der Wellen von im Abstand voneinader vorgesehenen Stellen am Fahrzeug aus festgestellt werden, die festgestellten Wellenintensitäten verglichen werden zur Bildung eines Signals, das mit der relativen Ungleichheit der festgestellten Intensitäten in Beziehung steht, und das Signal

in
zur Bewegung des Gegenstandes/eine vorbestimmte Position

relativ zur Bahn verwendet wird.

In bevorzugter Weise werden die Strahlermittel mit elektromagnetischen Wellen zwecks Bewirkung einer sekundären Ausstrahlung elektromagnetischer Wellen einer vorbestimmten Wellenlänge bestrahlt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gehören die zur Ausstrahlung veranlaßten elektromagnetischen Wellen in das gemeinhin als Röntgen-Strahlenspektrum bezeichnete Spektrum.

Ausschließlich beispielhaft werden im folgenden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter ins einzelne gehend beschrieben; in diesen zeigt:

Figur 1 eine schematische Draufsicht auf ein mit der Vorrichtung ausgestattetes und sich entlang einer Bahn bewegendes Fahrzeug,

Figur 2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Detektoren und der Strahlungsmittel, die Bestandteil der Vorrichtung bilden, und ihrer Anordnung relativ zu einer Bahn,

Figur 3 eine schematische Darstellung des Bestandteil der Vorrichtung bildenden elektronischen Systems und

Figur 4 eine schematische Darstellung einer Bestandteil der Vorrichtung bildenden Teilerschaltung.

In den Figuren 1 und 2 ist ein selbst angetriebenes Fahrzeug 1 dargestellt, das sich auf einer Straße 2 in der Nähe einer

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Linie 3 befindet, die auf der Straßenoberfläche aufgebracht ist.

Die Linie 3 besteht aus einer Mischung von Polypropylen und Bitumen mit einem Gehalt von etwa 60 Gew.-% an Zinkpulver. Diese Linie wird im Wege einer Extrusionsverarbeitung, die ausgeführt wird, während die Mischung heiß ist, an der Oberfläche der Straße aufgebracht, die in bevorzugter Weise eine dauerhafte Oberfläche besitzt wie beispielsweise mit Macadam ausgestattete Straßen.

Das Fahrzeug 1 ist mit einer Quelle 4 für elektromagnetische Wellen ausgestattet, die in das gemeinhin als Röntgen-Strahlenspektrum'bezeichnete Spektrum fallen. Plutonium-238 mit 100' mCi, das die L-Reihe der Röntgen-Strahlen von Uran (13 bis 20 keV) ausstrahlt, hat sich als besonders wirkungsvoll bei der Erregung bzw. Auslösung von Röntgen-Strahlungen mit 8,6 und 9,6 keV aus einer Zink- oder zinkreichen Verbindung erwiesen, welche Strahlungen den Zn Kot - und Kß- Linien entsprechen. Diese Röntgen-Strahlungsquelle steht auf dem Markt zur Verfügung.

Das Fahrzeug 1 ist mit Detektoren ausgestattet, die Über xenongefüllte Proportionalzähler verfügen, die ihrerseits auf die ZnKkx - und Kß-Strahlungen reagieren und die gleichzeitig die Energieauflösung zulassen, die ausreichend hoch ist, um die K-Röntgen-Strahlen des Zinks von denjenigen des Eisens zu trennen, einem Element, das in großen Mengen auf der Straße vorhanden sein kann. Die Detektoren sind mit (nicht dargestellten) üblichen Filtern ausgestattet, die die K-Röntgen-Strahlen des Eisens an den Peaks der K-Röntgenstrahlen des Zinks ausschließen.

Jeder Detektor 5 ist seinerseits an einen Vorverstärker 6, einen Linearverstärker 7, einen Einkanalanalysator 8 und einen Tiefpaßfilter 9 angeschlossen. Diese Einkanalanalysatoren sind in hohem Maße empfänglich für Impulse und so einge-

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- 1 -⁴ Zustellt, daß sie den Durchtritt derjenigen Signale gestatten, die von den Zink-Röntgen-Strahlen hervorgerufen werden, daß sie jedoch diejenigen Signale festhalten, die von den meisten anderen Elementen einschließlich Eisen hervorgerufen werden. Die Ausgangsleistung der beiden Filter 9 wird in einer geeigneten Teilerschaltung 10 weiterbehandelt, beispielsweise in einem üblichen Analogteiler (Figur 3).

Die Schaltung eines typischen Analogteilers ist in Figur 3 dargestellt. Die Ausgangsleistungen der Filter 9 werden den Eingängen 11 und 12 des Analogteilers zugeführt. Die so an den Dioden 13 und 14 entwickelten Spannungen sind proportional dem Logerlthmus der Spannungen an den Eingängen 11 und 12. Diese Spannungen werden voneinander mittels des Rechenverstärkefs 15 subtrahiert, wodurch eine Ausgangsleistung proportional dem Logerithmus des Verhältnisses der Spannung am Eingang 12 zur Spannung am Eingang 11 erzeugt wird. Widerstände 16, 17 und 18, 19 werden zur Bestimmung der Verstärkung des Rechenverstärkers 15 verwendet, und der verstellbare Widerstand 20 wird zur Einstellung des Ausgangs auf Null V verwendet, wenn die Eingänge 11 und 12 das gleiche Potential besitzen.

Es ist zu beachten, daß die von jedem Detektor festgestellte Intensität der Röntgen-Strahlen in einer Beziehung zu dem Abstand zwischen dem Detektor und der Linie 3 und damit in einer Beziehung zu der Abweichung des Fahrzeugs 1 von der Linie 3 steht. Darüber hinaus steht das festgestellte Verhältnis der Intensitäten aber auch in einer Beziehung zu dieser Abweichung, und gibt der Wert des Verhältnisses sowohl das Ausmaß der Abweichung an als auch des weiteren an, ob diese Abweichung eine Abweichung nach links oder rechts von der Linie 3 ist.

Der Grund dafür, daß mit dem Verhältnis und nicht mit den Differenzen zwischen den zwei Zählwerten gearbeitet wird, beruht auf der Tatsache, daß in dieser Weise die Ausgangs-

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leistung des Analogteilers in gewissen Grenzen unempfindlich ist gegen eine Veränderung des Abstandes zwischen dem Detektor und der Ebene, in der das Ziel, d.h. die Linie 3, angeordnet ist.

Die Analogteilerschaltung ist an Einstell- oder Steuerungsmittel eines Servomechanismus angeschlossen. Somit kann ein elektrischer, mechanischer oder hydraulischer Mechanismus vorgesehen werden, der am Lenkmechanismus des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem Wert des SpannungsVerhältnisses, das oben angegeben worden ist, tätig wird, um die Bewegungsrichtung relativ zu der Linie in einer Weise einzustellen, die -jegliche Abweichung zu einer Seite der Linie 3 überwindet.

Während de's Betriebs ist das Fahrzeug 1 auf der Straße oberhalb der Linie 3 angeordnet. Das Fahrzeug 1 wird dann in Bewegung gesetzt und die Vorrichtung in Betrieb genommen. Wenn sich das Fahrzeug entlang der Linie bewegt, wird die Linie mittels der Röntgen-Strahlungsquelle bestrahlt, wodurch charakteristische Röntgen-Strahlungen hervorgerufen werden, die hierdurch ausgestrahlt werden sollen. In der oben beschriebenen Weise werden die Röntgen-Strahlen zur Aktivierung des Lenkmechanismus des Fahrzeugs verwendet, so daß das Fahrzeug in einer vorbestimmten Position relativ zur Linie gehalten wird. Das Fahrzeug wird somit automatisch entlang einer gewünschten Bahn geführt, d.h. relativ zu der Linie in einer wirkungsvollen Weise mittels Röntgen-Strahlen-Fluoreszenz.

Obwohl die Detektoren gemäß Figur 2 als aneinander gegenüberliegenden Seiten der Linie angeordnet dargestellt sind, ist dies nicht notwendig, und können das Fahrzeug und die Detektoren oder das Fahrzeug allein auf einer Seite der Linie angeordnet sein, in welchem Fall das Ausgangssignal der elektrischen Schaltung verwendet wird, um das Fahrzeug in dieser vorbestimmten Anordnung relativ zu der Linie zu halten. Bei den Führungsmitteln kann Vorsorge zur Eichung

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der Detektoren getroffen werden, um inherente Unterschiede der Empfindlichkeit der Detektoren zu kompensieren.

Eine praktische Anwendung dieser Ausführungsform der Erfindung betrifft das Markieren von Straßen. Entweder wird während der Herstellung der Oberfläche der Straße ein Zinkstreifen in die Straßenoberfläche in einer Position relativ zu derjenigen, wo die Straße zu markieren ist, eingebracht, oder aber es wird nach der Fertigstellung der Straße ein Streifen auf die Straßenoberfläche aufgebracht. Wenn der Streifen einmal aufgebracht ist, ist es eine einfache Sache, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattete Fahrzeug in entsprechender Position relativ zum Streifen vorzusehen und das Fahrzeug anschließend in Bewegung zu setzen. Mittels der erfinduhgsgemäßen Vorrichtung wird das Fahrzeug entlang des Streifens automatisch geführt.

Auch andere Anwendungen der Vorrichtung sind möglich. So kann die Vorrichtung zur Führung von Flugzeugen entlang der Rollbahnen und Startbahnen bei ungünstigen Wetterbedingungen verwendet werden. In diesem Fall müßte das Flugzeug mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet sein, und müßte der Streifen auf den Roll- und Startbahnen eines Flugplatzes angeordnet sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist aber auch bei öffentlichen Transportsystemen zur automatischen Führung eines Fahrzeugs entlang einer Route verwendbar, die von Streifen, wie oben beschrieben, definiert ist.

Auch kann mehr als eine Markierungslinie vorgesehen sein. Bei einem öffentlichen Transportsystem können beispielsweise zwei oder mehr parallele, im Abstand voneinander angeordnete Linien auf einer Fläche aufgebracht sein, wobei die eine Linie oder die äußeren Linien dazu verwendet werden, die äußere Grenze oder Grenzen der möglichen Abweichung des Fahrzeugs zu definieren. In diesem Fall könnten mehr als

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zwei Detektoren verwendet werden, wobei bestimmte der Detektoren zu Uberwachungsablesungen von der einen Linie oder den äußeren Linien bestimmt sind.

Die Erfindung kann aber auch im militärischen Einsatzbereich verwendet werden, beispielsweise zur automatischen Führung von Fahrzeugen längs einer ausgewählten und möglicherweise verminten Route. In diesem Fall sollte die Vorrichtung mit einer Alarmeinrichtung ausgestattet sein, die dann aktiviert wird, wann eine Unterbrechung in einer fortlaufenden Markierungsroute auftritt, beispielsweise infolge einer zum Legen einer Mine in der Straße vorgesehenen Aushöhlung.

Auch gibt es andere Ausführungsformeη der vorliegenden Er- .' findung. So kann anstelle einer durchgehenden Linie eine Reihe von Punkten oder Strichen vorgesehen werden. Die Linie kann auch die Gestalt eines Bandes, das auf der Straßenfläche aufgebracht ist, oder eines Fadens, d.h. eines Drahtes, besitzen. Zwar hat sich Zink als besonders nutzvoll erwiesen, jedoch können auch andere Elemente verwendet werden, die für eine Röntgen-Strahlungsfluoreszenz sorgen, die von dem "Hintergrund" bei einer Bestrahlung unterschieden werden kann.

Obwohl die oben beschriebene elektronische Schaltung auf der Basis des Verhältnisses der festgestellten Röntgenstrahlungsintensitäten arbeitet, ist dies nicht wesentlich, und könnte in gleicher Weise gut Gebrauch von dem Größenunterschied der Intensitäten gemacht werden. Auch sind andere Detektorarten verwendbar, beispielsweise können auch Foto-Vervielfacherröhren verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur automatischen Führung eines sich be-/'wegenden Gegenstandes relativ zu einer vorbestimmten Bahn, gekennzeichnet durch zwei in einem Abstand voneinander am Gegenstand (1) angeordnete Detektoren (5), die auf die Intensität elektromagnetischer Wellen einer vorbestimmten kurzen Wellenlänge anzusprechen in der Lage sind, die entlang der Bahn (2) ausgestrahlt werden, an die Detektoren (5) angeschlossene Vergleichermittel (1O) zum Vergleichen und zur Lieferung eines Ausgangssignals, das mit den Intensitäten der festgestellten elektromagnetischen Wellen in Beziehung steht, und an die Vergleichermittel (10) angeschbssene Einstellmittel für die Einstellung der Bewegungsrichtung des Gegenstandes (1) relativ zu der Bahn (2) in Übereinstimmung mit dem von den Vergleichermitteln (10) her empfangenen Ausgangssignal.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand (1) mit Strahlermitteln (4) ausgestattet ist, die an dem Gegenstand (1) angeordnet sind und geeignet sind, den Aufbau und die Ausstrahlung sekundärer Wellen vorbestimmter Wellenlänge entlang der Bahn (2) hervorzurufen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlermittel (4) in einer radioaktiven Quelle bestehen.

4. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetischen Wellen Wellen des als Röntgen-Strahlenspektrum bezeichneten Spektrums sind.

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5. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (5) über Elemente verfügen, die auf elektromagnetische Wellen vorbestimmter Wellenlänge anzusprechen in der Lage sind.

6. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichermittel in einer Teilerschaltung (10) bestehen.

7. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel über einen Servo-Mechanismus verfügen.

8. Fahrzeug, das entlang einer vorbestimmten Bahn automatisch führbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7 ausgestattet ist.

9. Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die Vorrichtung eine Alarmeinrichtung angeschlossen ist, die bei einer Unterbrechung des Empfangs der elektromagnetischen Wellen vorbestimmter Wellenlänge aktivierbar ist.

10. Verfahren zur automatischen Führung eines sich bewegenden Gegenstandes relativ zu einer Bahn, dadurch gekennzeichnet, daß elektromagnetische Wellen vorbestimmter Wellenlänge entlang der Bahn mit Hilfe von Strahlermitteln ausgestrahlt werden, daß die Intensitäten der Wellen von im Abstand voneinander vorgesehenen Stellen am Fahrzeug aus festgestellt werden, daß die festgestellten Wellenintensitäten verglichen werden zur Bildung eines Signals, das mit der relativen Ungleichheit der festgestellten Intensitäten in Beziehung steht, und daß das Signal zur Bewegung des Gegenstandes in eine vorbestimmte Position relativ zur Bahn verwendet wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlermittel mit elektromagnetischen Wellen zur
Bewirkung einer sekundären Ausstrahlung elektromagnetischer Wellen vorbestimmter Wellenlänge bestrahlt werden.