DE2708686B2

DE2708686B2 - Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Führung eines Gegenstandes relativ zu einer vorbestimmten Bahn

Info

Publication number: DE2708686B2
Application number: DE2708686A
Authority: DE
Inventors: Wolfdieter Constantia Cape Province Richter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-02-28
Filing date: 1977-02-28
Publication date: 1981-03-19
Also published as: AU501235B2; ATA124877A; US4219092A; AU2253877A; AT366504B; GB1571431A; CH617520A5; JPS5514443B2; ZA755471B; DE2708686A1; BR7701224A; BE851894A; CA1104239A; JPS52119791A; FR2357946B1; IT1195972B; SE7702012L; DE2708686C3; FR2357946A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Führung eines Gegenstandes relativ zu einer vorbestimmten Bahn gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 6.

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 64 063 eine Führungseinrichtung für eine Straßenarbeitsmaschine bekannt, die mittels eines modulierten elektromagnetischen Strahls aktiviert wird. In ähnlicher Weise ist aus der FR-PS 15 92 195 eine mittels einer elektromagnetischen Visierlinie geführte Straßenmarkierungsmaschine bekannt Aus der FR-PS 1411945 ist eine automatisch geführte Maschine 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 sind wegen äußerer Einflüsse hauptsächlich in Hinblick auf Sonnenlichtslörungen unzweckmäßig.

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 radioaktive oder magnetisierte Markierung hinwegbewegt Aus der US-PS 27 50583 ist ein Fahrzeug bekannt, das mittels einer radioaktiven Führungslinie geführt wird, die die Buwegungsbahn des Fahrzeugs definiert und deren Abstrahlung mittels eines Feststellungsdetektors am Fahrzeug empfangen wird.

Diese Art der Ausbildung leidet unter dem Nachteil, daß die Anbringung eines radioaktiven Materials auf der Führungsbahn sehr kostspielig sein kann. Darüber hinaus zerfällt das radioaktive Material mit der Zeit, wodurch die Wirksamkeit der Führung des Fahrzeugs verlorengeht Schließlich besteht ein ernster Nachteil darin, daß die Bahn fortlaufend Strahlungsenergie ausstrahlt was unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit und Gesundheit unerwünscht ist.

Aus der US-PS 32 98 352 ist eine automatische Maleinrichtung für Straßenmarkierungen mit einer Strahlen abgebenden Quelle und mit einem Abtastsystem bekannt. Der Abtaster stellt die Strahlen fest, die

nach ihrer Ausstrahlung von der Quelle aus von der Straßenfläche reflektiert v/erden. Hier besteht der Nachteil darin, daß die Abtaster für die Aufnahme von störenden Wellen verantwortlich sind, die von anderen Quellen stammend von der Straße aus reflektiert werden.

Aus der DE-OS 19 02 038 ist eine Einrichtung zum Führen eines frei beweglichen Fahrzeugs längs eines Führungsstreifens bekannt, der aus einem Material mit unterschiedlichen Reflektionseigenschaften in Hinblick ι ο auf das umgebende Material besteht Dabei ist allerdings alternativ auch vorgesehen, daß das Material des Führungsstreifens ein frequenzumwandelndes Material sein kann, so daß dann die Möglichkeit besteht, daß sich von dem Führungsstreifen in Richtung auf das geführte Fahrzeug abgegebene Strahlung in ihrer Frequenz von derjenigen unterscheidet, die vom Fahrzeug zur Bestrahlung des Führungsstreifens abgestrahlt wird.

Aus der DE-OS 23 21 182 ist ein Verfahren zum automatischen Führen von Fahrzeugen entlang einer Leitlinie und ein entsprechend ausgerüstetes Fahrzeug bekannt, wobei von sichtbarem bzw. IR-Licht auf dem Weg von der Führungslinie zum Fahrzeug Gebrauch gemacht wird, nachdem vom Fahrzeug aus eine UV-Strahlung auf den Führungsstreifen abgegeben worden ist

Die beiden vorstehend erörterten Systeme besitzen im wesentlichen die gleichen Nachteile, die ihrerseits auf der Verwendung sichtbaren Lichts beruhen. Dies wiederum beruht darauf, daß Tages- bzw. Sonnenlicht einen erheblichen UV-Anteil besitzt und eine starke Lichtquelle ist Die Verwendung dieser Systeme im Freien kann zu Betriebsstörungen bedingt durch Störungen vom Tageslicht aus führen, insbesondere dann, wenn die Führungslinie als Reflektor verwendet wird, die einen anderen Reflektionskoeffizienten als das umgebende Material besitzt Andererseits führen aber auch Staub- Schmutz und dergleichen auf der Führungslinie oder Niederschläge auf der Führungslinie, wie beispielsweise Schnee, Hagel und Regen, dazu, daß der Durchtritt von Strahlen sichtbaren oder IR-Lichts zur Führungslinie hin beeinträchtigt oder gar vollständig unterbunden wird. Im übrigen besteht keine Möglichkeit, die Führungslinien unterhalb der Oberfläehe der Fahrbahn anzuordnen, um se ihren Verschleiß zu unterbinden.

Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß das Materia! der Führungslinie ein Signal bzw. eine Strahlung abgeben sollte, die für dieses Material und damit für die Führungslinie charakteristisch ist

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs bezeichnete Vorrichtung und das zugehörige Verfahren so auszubilden, daß eine gesicherte Betriebsweise der automatischen Führung jederzeit gewährlei- stet ist, also die vorstehend angegebenen Nachteile überwunden werden, und dies alles ohne Beeinträchtigung der Umwelt durch Strahlenbelastung oder dergleichen.

In vorrichtungstechnischer Hinsicht wird dies durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 erreicht, während dies in verfahrenstechnischer Hinsicht durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 6 erreicht Wird.

Vorteilhafte Weiteibildungeh der erfindungsgemä-Ben Vorrichtung sind 'ms den Unteransprüchen 7. bis 5 zu ersehen.

Im übrigen umfaßt die Erfindung auch ein Fahrzeug,

das mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist und das zur Verwendung bei der Erstellung von Straßeiimarkierungen geeignet und bestimmt ist

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß tatsächlich eine gesicherte Betriebsweise der angestrebten automatischen Führung eines Gegenstands jederzeit und unter allen Umweltbedingungen gewährleistet ist, daß die zugehörige Führungslinie auch unterhalb der Oberfläche der Fahrbahn angeordnet werden kann, daß keine Strahlenbeeinträchtigung der Umgebung zu beobachten ist, daß die erfindungsgemäße Lehre sowohl in geschlossenen Räumen als auch im Freien einsetzbar ist und daß die auf dem Führungsstreifen zur Einwirkung gebrachte Strahlung in der freien Natur praktisch nicht vorkommt, jedenfalls höchstenfalls in für die Erfindung unbeachtlicher Quantität und daß die von dem Führungsstreifen als Folge seiner Bestrahlung abgegebene sekundäre Strahlung in dem den Führungsstreifen umgebenden Bereich der Fahrbahn natürlicherweise nicht auftritt, so daß von der natürlichen Seite her gewährleistet ist, daß keine Bedingungen bestehen, die zu einer fehlerhaften Führung eines Gegenstands entlang des Führungsstreifens führen könnten.

Ausschließlich beispielhaft werden im folgenden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter ins einzelne gehend erläutert In dieser zeigt

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

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

Fig.3 eine schematische Darstellung des Bestandteils der Vorrichtung bildenden elektronischen Systems und

F i g. 4 eine schematische Darstellung einer Bestandteil der Vorrichtung bildenden Teilerschaltung.

In den F i g. 1 und 2 ist ein selbst angetriebenes Fahrzeug 1 dargestellt, das sich auf einer Straße 2 in der Nähe einer Linie 3 befindet die auf der Straßenoberfläche aufgebracht ist

Die Linie 3 besieht 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 gemeL.hin als Röntgen-Strahlenspektrum bezeichnete Spektrum fallen. Plutonium-238 mit 100 mCi, das die L-Reihe der Röntgenstrahlen von Uran (13 b& 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 ZnKa- und K^-Linien entsprechen. Diese Röntgen-Strahlungsquelle steht auf dem Markt zur Verfügung.

Das Fahrzeug 1 ist mit Detektoren ausgestattet, die über xenongefüllte Proportionalzähler verfugen, die ihrerseits auf die ZnK*- und K0-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-Röntgen-Strahlen 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 eingestellt, 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 (Fig. 3).

Die Schaltung eines typischen Analogteilers ist in Fig.3 dargestellt. Die Ausgangsleistungen der Filter 9 werden den Eingängen H und Ϊ2 des Anaiugieilers zugeführt. Die so an den Dioden 13 und 14 entwickelten Spannungen sind proportional dem Logerithmus der Spannungen an den Eingängen 11 und 12. Diese Spannungen werden voneinander mittels des Rechenverstärkers 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 vorwendet, 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 Röntgenstrahlen 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 Ausgangsleistung 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 des 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 3 mittels der Röntgen-Strahlungsquelle bestrahlt, wodurch charakteristische Röntgen-Strahlungen hervorgerufen werden, die hierdurch ausgestrahlt werden sollen. In der oben beschriebenen Weise werden die Röntgenstrahlen zur Aktivierung des Lenkmechanismus des Fahrzeugs verwendet, so daß das Fahrzeug in einer vorbestimmten Position relativ zur Linie 31 gehalten wird. Das Fahrzeug wird somit automatisch entlang einer gewünschten Bahn geführt, d. h. relativ zu der Linie in einer wirkungsvollen Weise mittels Röntgcn-Strahlen-Fluoreszenz.

Obwohl die Detektoren gemäß F i g. 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 der

m ucccMuicii gciiuncii WCiUCIi. um iiineieiiic uiiicisliiicde 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 Fertigst -.!lung 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 erfindungsgemäßen 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 aJs zwei Detektoren verwendet werden, wobei bestimmte der Detektoren zu Überwachungsablesungen 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, wenn eine Unterbrechung in einer fortlaufenden Markie-

rungsroute auftritt, beispielsweise infolge einer zum Legen einer Mine in der Straße vorgesehenen Aushöhlung.

Auch gibt es andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 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 eir.js 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 Röntgen-Strahlungsintensitäten arbeitet, ist dies nicht wesentlich, und könnte in gleicher Weise gut Gebrauch von dem Größenunterschied der Intensitäten gemacht wenden. Auch sind andere Detektorarten verwendbar, beispielsweise können auch Foto-Vervielfacherröhren verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur automatischen Führung eines sich bewegenden Gegenstands relativ zu einer s vorbestimmten Bahn, mit an dem Gegenstand anzuordnenden Strahler zur Bestrahlung der Bahn mit elektromagnetischen Wellen eines ersten Wellenlängenbereichs, wobei die Bahn durch einen Streifen eines Materials definiert ist, das auf seine Bestrahlung hin sekundäre elektromagnetische Wellen eines zweiten Wellenlängenbereichs abstrahlt, mit zwei in einem Abstand voneinander an dem Gegenstand anzuordnenden Strahlungsdetektoren, die auf die Intensität der Strahlung des zweiten is Wellenlängenbereichs anzusprechen in der Lage sind, mit an den Detektoren angeschlossenen Vergleichern zum Vergleich der festgestellten Intensitäten und zur Erzeugung eines mit den festgestellten Intensitäten in Beziehung stehenden Ausgangsjournals und mit an die Vergleicher angeschlossenen Einstellmitteln zum Einstellen der Bewegungsrichtung des Gegenstands relativ zu der Bahn in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler in einer Röntgenstrahlquelle (4) besteht, daß das Material des Streifens (3) bei seiner Bestrahlung von der Röntgenstrahlenquelle (4) aus sekundäre Röntgenstrahlenwellen vorbestimmter Wellenlänge als Charakteristik des Materials abzustrahlen in der Lage ist und daß die Detektoren (5) auf die Intensität der sekundären Röntgenstrahlwellen vorbestimmter Wellenlänge anzusprechen in der Lage sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die RöntgenstrabJcuelle (4) in Plutoni- um-238 besteht

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für den Streifen (3) Zink enthält

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (5) Proportionalzähler sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daB die Proportionalzähler xenongefüllte Proportionalzähler sind.

6. Verfahren zur automatischen Führung eines sich bewegenden Gegenstands relativ zu einer Bahn, die von einem Materialstreifen definiert ist, durch Bestrahlen des Streifens mit elektromagnetischen Wellen eines ersten Wellenlängenbereichs von dem so Gegenstand aus zwecks Bewirkung einer Abstrahlung sekundärer elektromagnetischer Wellen eines zweiten Wellenlängenbereichs von dem Streifen aus, durch Feststellen der Intensitäten der sekundären elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs an in Abständen voneinander vorgesehenen Positionen an dem Gegenstand, durch Vergleichen der festgestellten Intensitäten zur Erzeugung eines mit der relativen Ungleichheit zwischen den festgestellten Intensitäten in Beziehung stehenden elektrischen Signals und durch Verwendung dieses Signals als Eingangssignal für ein Steuersystem zur Bewegung des Gegenstands zu einer vorbestimmten Position relativ zum Streifen in Übereinstimmung mit dem Signal, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung des Streifens mit Röntgenstrahlwellen ausgeführt wird zur ßewirkung einer Abstrahlung von sekundären Röntgenstrahlwellen einer vorbestimmten einzelnen Wellenlänge von dem Streifen aus als Charakteristik für das Material desselben und daß die Intensitätsfeststellung die Intensität der sekundären Röntgenstrahlwellen der vorbestimmten Wellenlänge als Charakteristik für das Material des Streifens feststellt

7. Fahrzeug mit einer Vorrichtung zur automatischen Führung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 und zur Verwendung in der Straßer, markierungsindustrie.