DE4005538A1 - Einrichtung zur automatisierung des transportes und der verladung von transportbehaeltern - Google Patents

Einrichtung zur automatisierung des transportes und der verladung von transportbehaeltern

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DE4005538A1 DE19904005538 DE4005538A DE4005538A1 DE 4005538 A1 DE4005538 A1 DE 4005538A1 DE 19904005538 DE19904005538 DE 19904005538 DE 4005538 A DE4005538 A DE 4005538A DE 4005538 A1 DE4005538 A1 DE 4005538A1
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Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung, mit deren Hilfe der Transport und die Verladung von Transportbehältern automa­ tisch gesteuert und kontrolliert werden kann. Als Transportbehäl­ ter sind in erster Linie Container, aber auch Sattelauflieger oder ganze Güterwagen der Eisenbahn zu verstehen.

Bei den zu automatisierenden Transportvorgängen kann es sich um die Festlegung und Einhaltung des Transportweges zwischen Aus­ gangsstelle und Ziel über verschiedene Knotenpunkte und Vertei­ lerstellen und auch um die Verladevorgänge selbst handeln.

Die Verwendung von Laser-Geräten für die Steuerung von Transport­ vorgängen ist zum Beispiel aus dem Artikel "Völlig autonome Flurförderfahrzeuge" von Heinz Köbbing, erschienen in der Zeit­ schrift "Elektronik", Heft 7, 1989 bekannt. Dabei handelt es sich speziell um eine berührungslose Geschwindigkeitsmessung von schienenlosen Fahrzeugen, die innerhalb eines abgeschlossenen Geländes fahrerlos gelenkt werden. Im Falle der vorliegenden Erfindung handelt es sich demgegenüber nicht um eine Lenkung von individuellen Fahrzeugen, sondern um die Automatisierung der Transportvorgänge in einem Verkehrsnetz. Für die Aufgabe des Anmeldegegenstandes eignet sich die im genannten Artikel beschriebene Anordnung nicht; der Artikel gibt auch keinen Hinweis auf eine Lösung dieser Aufgabe.

Für die Verladung von Transportbehältern auf Container-Terminals sind Positionssensoren bekannt, die mit elektromagnetischer Strahlung arbeiten. Beispielsweise ist in der internationalen Patentschrift WO 83/02 165 ein Gerät gezeigt, das mit Hilfe zweier teilweise überlappender Strahlenbündel verschiedener Modu­ lation die Lage eines Behälters für einen Kranführer zur Anzeige bringt. Eine individuelle Beeinflussung des Transportes einzelner Behälter im Sinne eines automatisierten Transportablaufes ist damit nicht möglich. Selbst für die Aufgabe einer reinen Positio­ nierung bei der Verladung auf Schiffen ist diese Anordnung wenig vorteilhaft, weil sie keine Abstandsinformation liefert.

Es ist auch bereits bekannt, auf Container-Terminals die Lage von Containern mit Hilfe von Lasergeräten und am Container befestig­ ten Retroreflektoren zu positionieren und ihre Entfernung zur Bestimmung der Fahrspur durch Laser-Entfernungsmesser zu messen. Laser-Entfernungsmesser, die sich dafür verwenden lassen, sind beispielsweise beschrieben in der Deutschen Patentschrift P 36 06 337. Dabei handelt es sich um die Anwendung des Dauerstrichver­ fahrens mit Amplitudenmodulation (am/cw-Verfahren), das für die­ sen Zweck besonders gut geeignet ist. Solche Entfernungsmesser können mit einer Einrichtung nach der Erfindung besonders vor­ teilhaft kombiniert werden, da sich einzelne Baugruppen für mehrere Zwecke verwenden lassen.

Eines der Merkmale der Erfindung ist die Verwendung passiver optischer Modulatoren für reflektiertes Licht in Verbindung mit Laser-Lichtquellen, wie sie auch im Zusammenhang mit der Abfrage von Kennungsdaten in Verbindung mit einer Abfragestation für die Freund-Feind-Unterscheidung im militärischen Bereich beschrieben wurde (siehe dazu beispielsweise die Deutsche Patentschrift P 33 28 335). Die genannten optischen Mittel werden dabei für einen völlig anderen Anwendungszweck benützt als für die Ablaufsteue­ rung von Transportvorgängen.

Die von der Erfindung gelöste Aufgabenstellung besteht darin, den Ablauf der einzelnen Transportvorgänge in einem Verbundnetz vom Aufgabeort zum Bestimmungsort automatisch zu steuern und zu koordinieren. Zu diesem Zwecke wurden früher den Transportbehäl­ tern Dokumente (Frachtbriefe) mit den für den Transport relevan­ ten Informationen beigegeben. Anhand dieser Informationen wurden die Frachtrouten festgelegt und die Steuerung an den zu durchlau­ fenden Knotenpunkten vorgenommen. Eines von vielen möglichen Bei­ spielen ist die Zusammenstellung und Auflösung von Güterzügen der Eisenbahn aus einzelnen Güterwagen oder Personenzügen mit Kurswa­ gen je nach Bestimmungsort und Zwischenstationen. Für die Automa­ tisierung dieser Vorgänge sind jedoch derartige Transportdoku­ mente nicht geeignet.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, alle wesent­ lichen Elemente beim Ablauf der Transportvorgänge einschließlich der Datenkommunikation und, wo erforderlich, der Positionierung bei Verladevorgängen z. B. unter einer Portal-Krananlage zu automatisieren. Hierfür soll eine optimierte Einrichtung angegeben werden, die möglichst wenige zusätzliche Anforderungen an den üblichen Ablauf der Transportvorgänge stellt, eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet, Eingriffe von unbefugten Personen weitgehend ausschließt, Interferenzen mit anderen bestehenden Datenkommunikationseinrichtungen (z. B. Hf-Datenfunk) vermeidet sowie den insbesondere am Transportbehälter benötigten Aufwand minimiert.

Die gestellte Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale erfüllt. Eine Einrichtung zur Automatisierung der Kontrolle und Steuerung beim Transport und bei der Verladung von Behältern gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand der Bilder näher erläutert, wobei auch auf vorteilhafte Weiterführungen und Ausgestaltungen eingegangen wird.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Schema der Einrichtung nach der Erfindung mit dem in der Leitstelle untergebrachten Teil sowie dem an einem Transportbehälter angebrachten Teil und deren Zusammenwirken,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines ausgestalteten Anlagentei­ les an der Leitstelle, welcher auch die zum Transportvorgang gehörigen Lade- und Positioniervorgänge zu überwachen und auszuführen gestattet,

Fig. 3 das Blockschaltbild des mit dem Transportbehälter verbundenen Anlagenteiles, der mit der Leitstelle nach Fig. 2 zusammenwirkt,

Fig. 4 die Unterbringung der Sensorelemente, elektronischen Baugruppen und Retro-Reflektoren sowie von Sonnenzellen für die Energieversorgung am Transportbehälter,

Fig. 5 als bevorzugtes Anwendungsbeispiel für die Erfindung ein Container-Terminal mit Umlademöglichkeit von einem land­ gestützten Transportmittel auf ein Schiff, bei welchem eine Einrichtung nach der Erfindung zur automatischen Steuerung der Transportvorgänge einschließlich der zur Kranverladung erforderlichen genauen Positionierung der Transportbehälter auf Straßenfahrzeugen gezeigt wird.

Gemäß der Erfindung werden die Transportbehälter mit Informa­ tionsspeichern versehen, in welchen alle für den Transport relevanten Daten, wie Ausgangsort, Zielort, und Transportweg mit den zu durchlaufenden Knotenpunkten und Verteilerstellen enthal­ ten sind oder eingespeichert werden können, wozu auch Informationen über die Art (z. B. Gefahrengut, Dringlichkeit, Wert usw.) und die Masse des Inhaltes des gesamtem Containers sowie die Lage seines Schwerpunktes zählen können. Die Daten können von Leitstellen ein- und ausgelesen, modifiziert bezw. ergänzt werden, die an der Ausgangsstelle sowie an den Knotenpunkten und Verteilerstellen bezw. Umladestationen und am Zielort angeordnet sind, und welche die Ausführung der automatischen Kontrolle und Steuerung der Transportvorgänge übernehmem. Hierfür sind die Leitstellen mit den erforderlichen Geräten zur berührungslosen Datenübertragung ausgerüstet.

Es ist wichtig, daß die Information nicht von unberechtigten Stellen mißbräuchlich abgefragt oder verändert werden kann. Es muß auch vermieden werden, daß ein Unberechtigter während eines berechtigten Abfragevorganges durch autorisierte Stellen die mitgeteilte Information parasitär mithören oder mitlesen kann, wie es z. B. bei Hf-Datenfunkstrecken kaum vermieden werden kann. In der erwähnten Ausgestaltung kann außerdem gleichzeitig in einem Arbeitsgang auch die Positionierung von Containern auf Güter-Terminals und Verladestationen, Hafenanlagen, Rangierbahn­ höfen u. s. w. gesteuert und überwacht werden.

Um die Informationsübertragung störsicher zu machen, aber auch um ein mißbräuchliches Verändern oder Auslesen der gespeicherten Information zu verhindern, gehört es zu den wesentlichen Merkma­ len der Erfindung, daß zum Datenaustausch zwischen der Leitstelle und der Anlage am Transportbehälter eine Kennung ausgetauscht wird, die zur Kommunikation berechtigt. Diese Berechtigung erfolgt in Klassen, welche individuelle Stufen mit verschiedenem Informationsinhalt umfaßt.

Durch den in der Einrichtung nach der Erfindung verwendeten Retromodulator wird die Information mittels eines enggebündelten, mit einer Kennung versehenen Lichtstrahles ermöglicht, der von der Leitstelle ausgehend in modulierter Form vom Transportbehäl­ ter in diese zurückreflektiert wird, so daß unbefugte Eingriffe für Außenstehende nicht möglich sind.

Da ein Transportbehälter auf seinem Weg vom Ausgangsort zum Bestimmungsort normalerweise mehrere Knotenpunkte und Verladesta­ tionen mit eigenen Leitstellen durchlaufen muß, kann es sich als vorteilhaft erweisen, die einzelnen Leitstellen eines Verkehrs- Verbundnetzes mit einem Zentralrechner zu verbinden, der auch noch während des Transportablaufes in diesen eingreifen und ihn optimieren kann.

Für die Automatisierung und Steuerung der Transportabläufe gemäß der Erfindung ist das Zusammenwirken zweier Anlagenteile erfor­ derlich, von denen jeweils einer in einer Leitstelle 10, der andere in oder an einem Transportbehälter 110 angeordnet ist. Ihren Aufbau und ihr Zusammenwirken zeigt Fig. 1. Der in Fig. 2 gezeigte an der Leitstelle 10 angeordnete Anlagenteil enthält alle in Fig. 1 dargestellten Unterbaugruppen in etwas detail­ lierterer Form und ist durch eine Zusatzanordnung zur automati­ schen Positionierung des Transportbehälters 110 ergänzt.

Der Anlagenteil an der Leitstelle 10 ist die Sende- und Empfangseinheit 20. Sie besteht aus der optischen Einheit 30, der Steuer- und Recheneinheit 40 sowie der Ein- und Ausgabeeinheit 50. Die optische Einheit 30 enthält einen Lichtsender 31 mit einem Laser 31a und einer vorgeschalteten Sendeoptik 31b zur Aussendung eines modulierbaren gebündelten Lichtstrahles 32 sowie einen darauf justierten optischen Empfänger 35 mit Detektor 35a und der dazugehörigen Empfangsoptik 35b zum Empfang des reflek­ tierten Lichtstrahls 33. Der Strahl 32 des Lasers 31a dient zur Übertragung der Daten von der Leitstelle 10 zum Transportbehälter 110 und auch zur Abfrage von im Datenspeicher 150 der Sende- und Empfangseinheit 120 am Transportbehälter 110 gespeicherten Daten. Die Steuer- und Recheneinheit 40 bewirkt die für Datenübertragung und Abfrage erforderlichen Vorgänge. Sie enthält den eigentlichen Rechner 41, den Speicher 42 für Daten und Kode, den Datensender 48 und den Datenempfänger 49. Ebenso ist in Fig. 2 die Ein- und Ausgabeeinheit 50 detailliert mit ihren Bestandteilen darge­ stellt. Sie ist im wesentlichen ein Datenterminal, das es gestattet, von berechtigten Personen eingegebene Informationen auf die Steuer- und Recheneinheit 40 zu übertragen sowie abge­ fragte Informationen des Transportbehälters 110 einzusehen.

Der am Tranportbehälter 110 montierte Anlagenteil ist die Sende- und Empfangseinrichtung 120, die in Fig. 3 detailliert darge­ stellt ist. Sie enthält ebenfalls eine optische Einheit 130 und eine Steuer- und Recheneinheit 140. Dazu kommt ein Datenspeicher 150 und eine Stromversorgungseinheit 160.

In der optischen Einheit 130 befindet sich der Empfänger 135 mit der Empfängeroptik 135b und dem Detektor 135a sowie der aus Retroreflektor 131a und optischem Modulator 131b bestehende Retromodulator 131. Da Retromodulator 131 und Empfänger 135 eng beieinander liegen, trifft der Lichtstrahl 32 des Lichtsenders 31 der Leitstelle 10 gleichzeitig auch auf den Retromodulator 131 und wird durch diesen genau entgegengesetzt zu seiner ursprüng­ lichen Richtung auf die optische Einheit 30 der Leitstelle 10 zurückgeworfen. Dabei werden die Lichtstrahlen 32,33 durch den dem Retroreflektor 131a vorgeschalteten elektrooptischen Modula­ tor 131b, vorzugsweise eine LC-Flüssigkristallzelle der zu übertragenden Information moduliert. Dies geschieht durch den mit der Steuer- und Recheneinheit 140 verbundenen Modulator 137.

Die optische Einheit 130 ist rein passiv in dem Sinne, daß sie selbst keine Strahlungsenergie aussendet, sondern nur einfal­ lende und reflektierte Strahlung moduliert. Sie empfängt einer­ seits den von der Leitstelle 10 ausgesendeten Lichtstrahl 32 und analysiert die in seiner Modulation enthaltenen Informationen. Sie sendet andererseits durch Retroreflexion des Lichtstrahls 32 den Lichtstrahl 33 zur Leitstelle 10 zurück, nachdem sie ihm durch entsprechende Modulation weitere Informationen aufgeprägt hat. Die Sende- und Empfangseinheit 140 erkennt dabei durch Analyse der mit dem Lichtstrahl 32 empfangenen Information, in welcher von mehreren Phasen sich der Transportvorgang gerade befindet, und reagiert dementsprechend. Diese Phasen sind

  • 1. die Positionierphase, in welcher sich nur das Transportfahr­ zeug 110 soweit bewegt, bis der Lichtstrahl 32 den Retromo­ dulator 131 oder einen Retroreflektorstreifen 131c trifft, worauf der Transportbehälter 110 in dieser Position angehal­ ten wird,
  • 2. die vertikale Suchphase, in welcher der Lichtstrahl 32 zu dem auf dem Retroreflektorstreifen 131c liegenden Retromo­ dulator 131 bewegt wird, falls dies bei belastungsbedingter Abweichung des Retromodulators 131 von seiner nominalen Höhe über der Fahrbahn 6 erforderlich ist,
  • 3. die Datenübertragungsphase, in welcher die Datenübertragung in beiden Richtungen stattfindet, sowie gegebenenfalls
  • 4. die horizontale Suchphase, in welcher bei bewegtem Trans­ portbehälter 110 der Lichtstrahl 32 durch die Ablenkeinheit 31c durch Abtastung eines Gesichtsfeldes solange bewegt wird, bis der Lichtstrahl 32 den Retromodulator 131 oder den Retroreflektorstreifen 131c trifft, und
  • 5. die Verfolgungsphase, in welcher der Lichtstrahl 32 durch die Ablenkeinheit 31c auch bei bewegtem Transportbehälter 110 auf dem Retromodulator 131 gehalten wird, wonach sich Phase 3 anschließt.

Die Steuer- und Recheneinheit 140 setzt die Signale aus der Leitstelle 10 in Steuersignale zur Eingabe und Ausgabe von Daten um, die in den Datenspeicher 150 eingelesen oder aus diesem ausgelesen werden sollen. Sowohl die Steuer- und Recheneinheit 40 in der Leitstelle 10 als auch die Steuer- und Recheneinheit 140 des Transportbehälters 110 enthalten geeignete Mittel zur Kodie­ rung der Signale als auch zur Prüfung der Signalkodierung, durch welche sichergestellt ist, daß nur berechtigte Stellen am Daten­ transfer beteiligt werden können. Diese Kodierung ist in Berech­ tigungsklassen eingeteilt, welche bestimmte Ein- und Auslesevor­ gänge sowie Steuervorgänge freigeben oder sperren. Durch geeignete Verschlüsselung der zur Leitstelle 10 übermittelten Daten kann überdies verhindert werden, daß Unbefugte während einer regulären Datenübertragung selbst dann Informationen para­ sitär mithören und benutzen könnten, wenn nicht durch geeignete Maßnahmen vermieden würde, daß sie gleichzeitig mit dem Licht­ strahl 32 einen eigenen Lichtstrahl auf den Retromodulator 131 senden.

Der Abfrage- und Einlesevorgang beginnt im einfachsten Falle damit, daß zuerst der Transportbehälter 110 positioniert, d. h. z. B. vom Transportfahrzeug 5 in eine derartige Lage gebracht wird, daß seine Sende- und Empfangseinrichtung 120 vom Licht­ strahl 32 aus der optischen Einheit 30 der Leitstelle 10 getroffen wird. Eine analoge Situation ergibt sich dann, wenn der Transportbehälter 110 nicht positioniert, sondern nur im Vorbei­ fahren, z. B. beim Verlassen eines Warenlagers kontrolliert wird, wozu der Lichtstrahl 32 durch eine Ablenkeinheit 31c auf die Sende- und Empfangseinrichtung 120 des Transportbehälters 110 gerichtet und durch Nachführen für eine zur Datenkommunikation ausreichende Zeitspanne gehalten wird. In beiden Fällen kann sich die Leitstelle 10 gegenüber der Sende- und Empfangseinrichtung 120 durch ihren im Lichtstrahl 32 enthaltenen Kode als zugriffsberechtigt ausweisen und gegebenenfalls Daten einspei­ chern oder im Datenspeicher 150 gespeicherte Daten abfragen, wozu der Lichtstrahl 32 als Abfragestrahl auf den Retromodulator gerichtet ist. Dieser wird bei der Reflexion zusätzlich moduliert und enthält dadurch die abgefragte Information. Durch den glei­ chen Strahl 32 kann die Sende- und Empfangseinrichtung 20 an der Leitstelle weitere Daten über den Empfänger 135 der optischen Einheit 130 am Transportbehälter 110 in den Datenspeicher 150 übertragen. Dies kann z. B. auch zum Einspeichern des "Frachtbriefes" beim Absender, der Kennung von Verlade- oder Kontrollstation usw. erfolgen.

Soll das Ein- und Auslesen von Daten durch die Leitstelle 10 in den Datenspeicher 150 des Transportbehälters 110 während der Vorbeifahrt des Transportbehälters 110 an der Leitstelle 10 erfolgen, so bestehen zwei Möglichkeiten:

Wenn der Retromodulator 131 auf den Transportbehältern 110 immer in einer bestimmten, sich auch bei verschiedener Belastung sich nicht wesentlich ändernden nominalen Höhe über der Fahrbahn 6 angebracht werden kann wie zum Beispiel bei Güterwagen der Eisenbahn, kann das Ein- und Auslesen der Daten durch eine Aufweitung des Lichtstrahls 32 des Lichtsenders 31 ermöglicht werden. Die vertikale Aufweitung des Lichtstrahls 32 wird so bemessen, daß dieser den vorbeifahrenden Retromodulator 131 und den Empfänger 135 zwangsweise trifft, wobei gewisse Abweichungen von der nominalen Höhe durch die Strahlaufweitung ausgeglichen werden. Die horizontale Aufweitung des Lichtstrahls 32 wird ausreichend groß gewählt, um die an der Leitstelle 10 hinreichend langsam vorbeigeführte optische Einheit 130 des Transportbehäl­ ters 110 für eine zum Datentransfer erforderliche Zeit über­ decken.

Wenn die Montage der optischen Einheit 130 in einer gleichblei­ benden Höhe nicht gewährleistet werden kann, wird während der Vorbeifahrt wie weiter unten in Verbindung mit Fig. 2 und Fig. 4 noch dargestellt wird, mittels der Ablenkeinheit 31c die Lage des Retromodulators 131 aufgesucht und der Lichtstrahl 32 der Leitstelle 10 diesem laufend nachgeführt. Dies ermöglicht dann das Ein- und Auslesen der Daten während der Bewegung.

Für die Positionierung wird in der Leitstelle 10 das Empfangssig­ nal ausgewertet, das der retroreflektierte Lichtstrahl 33 im Empfänger 35 erzeugt, und das über den Demodulator 36 einer Untereinheit 44 der Steuer- und Recheneinheit 40 zur Bestimmung der Empfangsintensität zugeführt wird. Diese gibt bei dem durch Retroreflexion bewirkten plötzlichen Intensitätsanstieg ein Sig­ nal an weitere Untereinheiten zur Darstellung des Positionsig­ nals 52, d. h. des entsprechenden Zeitpunktes, sowie zur Ampel­ steuerung 55 ab, welche ihrerseits damit und mit weiteren über die Dateneingabe 51 eingegebenen Daten eine Verkehrsampelanlage 7 entsprechend steuert.

Wie später noch genauer beschrieben wird, ist es bei Transport­ vorgängen, die auf mehreren nebeneinanderliegenden Fahrbahnen vorkommen können, für eine entsprechende Ampelsteuerung und Kontrolle vorteilhaft, wenn die Entfernung zum Transportbehälter 110 gemessen und damit die jeweilige Fahrbahn bestimmt wird. Hierfür dient ein Laserentfernungsmesser, der im in Fig. 2 gezeigten Beispiel nach dem am/cw-Verfahren mit amplitudenmodu­ liertem Dauerstrich-Laser arbeitet. Ein solcher Laserentfernungs­ messer enthält normalerweise einen Laser-Sender, einen Detektor mit Empfangsverstärker, eine Modulationseinrichtung und eine Einrichtung zum Phasenvergleich der Modulation zwischen ausge­ sandter und empfangener Strahlung. In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die entsprechenden Baugruppen der bisher be­ schriebenen Einrichtung mitverwendet, d. h. es wird für den Laserentfernungsmesser die Halbleiterlaserdiode 31a mit Sendeop­ tik 31b des Lichtsenders 31 und für den Empfänger 35 der Detektor 35a mit vorgeschalteter Empfangsoptik 35b des bisherigen Empfän­ gers 35 sowie als Modulator 33a der bisherige Modulator 34 mitverwendet, so daß hierfür außer einem Oszillator 34b keine gesonderten Bauelemente erforderlich sind.

Zur Entfernungsmessung ist dem Empfänger 35 als Demodulator 36 ein phasenempfindlicher Gleichrichter 36a zur Phasenmessung nach­ geschaltet. Die für die Entfernungsmessung erforderliche Amplitu­ denmodulation der Laserstrahlung erfolgt durch den Modulator 34a. Modulator 34a und phasenempfindlicher Gleichrichter 36a werden beide vom Oszillator 34b gespeist. Das vom Empfänger 35 aufge­ faßte Signal ist gegenüber dem vom Laser 31a ausgesandten Signal um die Laufzeit des Lichtes vom Lichtsender 31 zum Retromodulator 131 und zurück zum Empfänger 35 zeitverschoben. Diese Zeitver­ schiebung wird gemäß dem bekannten am/cw-Verfahren als Maß für die Entfernung im phasenempfindlichen Gleichrichter 36 mit nach­ geschaltetem Integrator gemessen und innerhalb der Steuer- und Recheneinheit 40 in ein Entfernungssignal umgewandelt.

Der gesamte Ablauf der Messung und der Dateneingabe bezw. Auslesung wird durch die Ablaufsteuerung 43 derart vorgenommen, daß zuerst die Positionsbestimmung nach Entfernung und Richtung und anschließend die Datenübergabe und -übernahme erfolgt. Der Tiefpaß 45a dient zur Signaltrennung für die Pegelregelung des Lasers 31a und der Hochpaß 47 zur Abtrennung der Hilfsmodulation des Oszillators 134b für die Einheit 46 zur Ansteuerung der Ablenkeinheit 31c.

Die Dateneingabe erfolgt mit Hilfe der Eingabeeinheit 51, die Ausgabe über die Ausgabeeinheit 53. Durch die Anzeigeeinheiten für Entfernung 54, Positionssignal 52 und Ampelsteuerung 55 werden z. B. für den Kranführer während eines Verladevorganges die Position des Transportbehälters 110 durch Winkel und Entfer­ nung von der Leitstelle 10 zum Retromodulator 131 dargestellt und für die Fahrer der Transportfahrzeuge 5 mittels der Ampelanlage 7 die Hinweise für Weiterfahrt, Langsamfahrt oder Stop gegeben. In der Steuer- und Recheneinheit 40 sind auch der Rechner 41, der Speicher 42, der Datensender 48 und der Datenempfänger 49 sowie die Ablaufsteuerung 43 enthalten.

Das durch den Empfänger 135 aufgefaßte Signal wird im Demodulator 137 von seiner Trägerfrequenz demoduliert und gegebenenfalls in den Datenspeicher 150 eingelesen, wobei die Steuer- und Regelein­ heit 140 den Vorgang kontrolliert. Der Steuer- und Regeleinheit 140 obliegt außerdem die automatische Steuerung des gesamten Ablaufes der Datenübertragung, welche auch die Kontrolle des empfangenen Berechtigungskodes und die Beantwortung der Kodean­ fragen umfaßt. Der Oszillator 136 liefert die Hilfsfrequenz für den weiter unten beschriebenen Abtastvorgang.

Da der Abfrage- bezw. Datenübertragungsvorgang durch eine auf der Transportbehälterseite 110 vorgenommene Modulation des von der Leitstelle 10 ausgehenden Lichtstrahles 32 erfolgt, bedarf es auf der Transportbehälterseite 110 keiner Sendeenergie, sondern nur einer sehr geringen elektrischen Leistung, die nur für die Speisung des Empfängers 135 und der Steuer- und Recheneinheit 140 mit den dazugehörigen Nebengeräten ausreichen muß. Diese Energie wird durch die Stromversorgungseinheit 160 bereitgestellt, die im dargestellten Beispiel aus einer Batterie 162 mit laufender Speisung durch ein Sonnenzellen-Array 163 und dem dazugehörigen Netzgerät 161 besteht. Es besteht auch die Möglichkeit einer externen Aufladung der Batterie 162 über den Eingang 164.

Um ein einwandfreies Arbeiten zu gewährleisten, müssen die verschiedenen im Gesamtsystem auftretenden Zeitkonstanten aufein­ ander abgestimmt sein. Hierzu wird die Periodendauer der oberen Grenzfrequenz des optischen Modulators 131b klein gegen die zum Anhalten des Transportfahrzeuges 5 erforderliche Zeit gewählt, um den zum Positionieren ausgewerteten Zeitpunkt des Intensitätsab­ falls des retroreflektierten Lichtstrahls 33 nicht zu verändern. Weiterhin wird die Frequenz des Oszillators 34b zur Amplitudenmo­ dulation des Lichtsenders 31 bei der Entfernungsmessung groß gegen die obere Grenzfrequenz des optischen Modulators 131b gewählt, um die Entfernungsmessung nicht zu beeinträchtigen. Außerdem wird die bei der Positionierung verwendete Hilfsmodu­ lation möglichst groß, d. h. also etwa der oberen Grenzfrequenz des optischen Modulators 131b entsprechend gewählt, um beim Suchen und Verfolgen des Retromodulators 131 eine möglichst hohe Abtastgeschwindigkeit zu ermöglichen. Schließlich wird die Grenzfrequenz des Tiefpasses 45a klein gegen die untere Grenzfre­ quenz der Datenübertragung gewählt, um mit der daraus abgeleite­ ten Pegelregelung des Lasers 31a nicht die Datenübertragung zu beeinträchtigen.

In Fig. 4 ist eine mögliche räumliche Anordnung der Sende- und Empfangseinrichtung 120 an der Seitenwand eines Transportbehäl­ ters 110 gezeigt, wobei ein senkrechter - ungesteuerter - Retroreflektorstreifen 131c zur Positionierung und Entfernungs­ messung vorgesehen ist, auf welchem der für den Datentransfer dienende Retromodulator 131 aufgesetzt ist. Dabei kann der Retroreflektor 131a für den vorgeschalteten optischem Modulator 131b auch weggelassen und durch den Retroreflektorstreifen 131c gebildet sein.

Es ist vorgesehen, daß zunächst die Positionierung ausgeführt wird, d. h. die Ausgabeeinheiten zur Darstellung des Positionssig­ nals 52 und für die Ampelsteuerung 55 geben z. B. dem Fahrer des Transportfahrzeuges 5 das Signal zum positionsgenauen Anhalten, sobald der zunächst in seiner nominalen Höhe ausgestrahlte Lichtstrahl 32 auf den senkrecht angeordneten, in vertikaler Richtung den erwarteten Höhenschwankungen entsprechend hinreichend lang ausgebildeten Retroreflektorstreifen 131c trifft.

Anschließend erfolgt eine vertikale Schwenkbewegung bis zu der Stelle, an welcher der Retromodulator 131 sitzt. Sobald die Steuer- und Recheneinheit 140 ein Empfangssignal des Empfängers 135 feststellt, beaufschlagt sie den Modulator 134 des Retromodu­ lators 131 mit der Hilfmodulation des Oszillators 134b. Damit erkennt die Leitstelle 10 durch Auswertung der Hilfsmodulation, daß bei der aktuellen Stellung der Ablenkeinheit 31c der Lichtstrahl 32 auf die optische Einheit 130 am Transportbehälter 110 gerichtet ist und hält den Lichtstrahl 32 weiterhin auf diese Stelle gerichtet. Selbst bei bewegtem Transportbehälter 110 kann eine solche Ausrichtung mittels Kleinwinkel-Abtastung und Nach­ steuerung beibehalten werden.

Bei dieser Ausrichtung können nunmehr die Abfrage- und Einlese­ vorgänge durchgeführt werden, vorausgesetzt, die Kennung der Abfragesignale der Leitstelle 10 ist mit der im Datenspeicher 150 gespeicherten Kennungsforderung vereinbar.

Fig. 5 dient zur Veranschaulichung der Einsatzmöglichkeit der Einrichtung nach der Erfindung. Die Leitstelle 10 ist hier an einem Portalkran 4 angebracht, weil sie gleichzeitig mit der Automatisierung der Transportsteuerung auch die Positionierung der Container 110 für die Kranverladung zu steuern hat. Am Container 110 auf dem Transportfahrzeug 5 ist die zur Erfindung gehörige Sende- und Empfangseinrichtung 120 mit Retromodulator 131 angebracht. Der Container 110 wird für die Verladung genau positioniert, und in einem Arbeitsgang damit werden die für die Transportsteuerung relevanten Daten ein- und ausgelesen.

Beim Einfahren unter die Krananlage 4 werden die Fahrer der Transportfahrzeuge 5 durch die Ampelanlage 7 eingewiesen. Soll ein Container 110 positioniert werden, so schaltet die der Fahrbahn entsprechende Ampel von Durchfahrt auf Langsamfahrt. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß in der Verlängerung des von der Leitstelle 10 ausgehenden Lichtstrahles 32 ein Hilfsreflektor 131d angebracht ist , wodurch eine Lichtschranke gebildet wird, und daß beim Einfahren des Transportfahrzeuges 5 in die Licht­ schranke die Steuer- und Recheneinheit 40 das Langsamfahr-Signal abgibt. Dabei kann als Hilfs- Retroreflektor 131d auch der Retromodulator 131 eines bereits positionierten Transportbehäl­ ters 110 dienen. Sobald der Lichtstrahl 32 durch den Retroreflek­ torstreifen 131c oder den Retromodulator 131 zurückreflektiert und in der Leitstelle 10 registriert wird, wird durch die Einheit für das Ampelsignal 55 die Ampel auf Stop geschaltet. Falls bei der nach der Positionierung erfolgenden Entfernungsmessung eine ungeeignete Entfernung festgestellt wird, d. h. das Transport­ fahrzeug sich versehentlich auf einer falschen Fahrbahn 6 befin­ det, gibt die Steuer- und Recheneinheit 40 ein Abbruchs-Signal für das Transportfahrzeug 5 ab.

Durch diese Maßnahmen ist eine Einrichtung zur Automatisierung des Transportes und der Verladung von Transportbehältern geschaf­ fen worden, die kaum zusätzliche Anforderungen an den sonst üblichen Ablauf der Transportvorgänge stellt, eine hohe Betriebs­ sicherheit gewährleistet, Eingriffe von unbefugten Personen weit­ gehend ausschließt, keinerlei Interferenzen mit anderen Daten­ funkstrecken aufweist sowie den insbesondere am Transportbehäl­ ter benötigten Aufwand minimiert.

Claims (18)

1. Einrichtung zur Automatisierung der Kontrolle und Steuerung des Transports von Transportbehältern mit Datenkommunikation zwischen einer externen Leitstelle und dem Transportbehäl­ ter, gebildet aus einer an der Leitstelle angeordneten Sende- und Empfangseinrichtung und einer am Transportbehälter angeordneten Sende- und Empfangseinrichtung mit Datenspeicher für die für den Transport relevanten Daten, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die an der Leitstelle (10) angeordnete Sende- und Emp­ fangseinrichtung (20) aus einer optischen Einheit (30), einer Steuer- und Recheneinheit (40) und einer Ein- und Ausgabeeinheit (50) besteht,
  • b) die optische Einheit (30) einen Lichtsender (31) mit gebündeltem Lichtstrahl (32) und einen Modulator (34) zur Modulation des Lichtsenders (31) gemäß den zu übermit­ telnden Daten sowie einen hierauf justierten optischen Empfänger (35) mit Demodulator (36) zum Datenempfang aufweist,
  • c) die am Transportbehälter (110) angeordnete Sende- und Empfangseinrichtung (120) aus einer optischen Einheit (130), einer Steuer- und Recheneinheit (140), einem Daten­ speicher (150) zum Ein- und Ausgeben der Daten und einer Stromversorgungseinheit (160) besteht,
  • d) die optische Einheit (130) einen Empfänger (135) mit Demodulator (136) und einen durch einen Modulator (134) angesteuerten, aus einem Retroreflektor (131a) mit vorgeschaltetem optischem Modulator (131b) bestehenden passiven Retromodulator (131) zur Modulation des zur Leitstelle (10) zurückreflektierten Lichtstrahls (33) gemäß den zu übermittelnden Daten aufweist,
  • e) der Lichtstrahl (32) den Empfänger (135) und den Retromo­ dulator (131), welche mit hinreichend geringem Abstand voneinander angeordnet sind, gleichzeitig überdeckt,
  • f) der Datenspeicher (150) des Transportbehälters (110) zusätzliche Berechtigungskodes enthält,
  • g) die Daten des Datenspeichers (150) in eine oder mehrere Klassen für verschiedene Berechtigungskodes eingeteilt sind, und
  • h) die Klasse der zur Leitstelle (10) übermittelten Daten sowie die Speicherung von Daten der Leitstelle (10) in den Datenspeicher (150) des Transportbehälters (110) vom über­ mittelten Berechtigungskode abhängig ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (32) auf die nominale Höhe über der Fahrbahn (6) des auf einem Transportfahrzeug (5) an der Leitstelle (10) vorbeigeführten Retromodulators (131) gerich­ tet und seine vertikale Aufweitung ausreichend groß gewählt wird, um auch bei belastungsbedingten Abweichungen der Höhe des Retromodulators (131) über der Fahrbahn (6) von einer nominalen Höhe noch ausreichende Lichtintensität auf den Retromodulator (131) zu senden.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die horizontale Aufweitung des Lichtstrahls (32) ausrei­ chend groß gewählt wird, um die auf dem Transportfahrzeug (5) an der Leitstelle (10) vorbeigeführten Retromodulator (131) und Empfänger (135) bei nominaler Vorbeifahrtgeschwindigkeit für eine zur Datenkommunikation ausreichende Zeit zu beleuch­ ten.
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Auffinden und Verfolgen des am Transportbehälter (110) angeordneten Retromodulators (131) in der Sende- und Empfangseinrichtung (20) der Leitstelle (10) eine Ablenkein­ richtung (31c) zum gemeinsamen Schwenken der Strahlengänge der ausgesendeten und zurückreflektierten Lichtstrahlen (32, 33) vorgesehen ist, die von einer Ablenkansteuerung (46) der Steuer- und Recheneinheit (40) angesteuert wird.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der am Transportbehälter (110) angeordnete Retromodulator (131) und die an der Leitstelle (10) angeord­ nete Sende- und Empfangseinrichtung (20) zur Positionierung des Transportbehälters (110) bezüglich der Leitstelle (10) verwendet werden, indem von der Leitstelle (10) ein Posi­ tions-Signal abgegeben wird, wenn der Lichtstrahl (32) vom Retromodulator (131) auf den Empfänger (35) der Leitstelle (10) zurückreflektiert wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) der Lichtstrahl (32) kollimiert ist und sein Durchmesser sowie derjenige des Retromodulators (131) kleiner als die geforderte Positioniergenauigkeit ist,
  • b) der Lichtstrahl (32) auf die normale Höhe des auf einem Transportfahrzeug (5) an der Leitstelle (10) vorbeigeführ­ ten Retromodulators (131) gerichtet ist,
  • c) hinter dem Retromodulator (131) ein zusätzlicher Retrore­ flektorstreifen (131c) senkrecht angeordnet ist, dessen Breite der geforderten Positioniergenauigkeit entspricht, und dessen Länge etwa den belastungsabhängigen Abweichun­ gen von der nominalen Höhe des Retromodulators (131) auf dem Transportfahrzeug (5) entspricht,
  • d) nach erfolgter Positionierung in Fahrtrichtung die Ab­ lenkeinrichtung (31c) die Strahlengänge der ausgesendeten und zurückreflektierten Lichtstrahlen (32, 33) senkrecht auf und ab schwenkt, und
  • e) beim Auftreffen des Lichtstrahls (32) auf den Empfänger (135) der Retromodulator (131) durch das von der Steuer- und Recheneinheit (140) dem Modulator (134) zugeführte Signal eines Oszillators (134b) für eine ausreichende Zeitspanne mit einer Hilfsmodulation beaufschlagt wird, und
  • f) die Ablenkeinheit (31c) den Lichtstrahl (32) derart auf den Retromodulator (131) ausrichtet, daß die Intensität der vom Empfänger (35) der Leitstelle (10) empfangenen und von der Steuer- und Recheneinheit (40) bewerteten Hilfsmodulation maximiert wird.
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • a) die an der Leitstelle (10) angeordnete Sende- und Emp­ fangseinrichtung (20) einen Modulator (34a) und einen Demodulator (36a) zur Entfernungsmessung bei der Positio­ nierung des Transportbehälters (110) aufweist, und
  • b) die Steuer- und Recheneinheit (40) ein Abbruchs-Signal für das Transportfahrzeug (5) abgibt, wenn bei der nach der Positionierung erfolgenden Entfernungsmessung eine ungeeignete Entfernung festgestellt wird.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) als Entfernungsmeßverfahren das am/cw-Verfahren verwendet wird,
  • b) dem Modulator (34, 34a) zur Amplitudenmodulation des Lichtsenders (31) die Signale eines Oszillators (34b) als Trägersignal für die Entfernungsmessung sowie die von der Steuer- und Recheneinheit (40) erzeugten Modulationsignale gemäß den zu übermittelnden Daten als Untermodulationssi­ gnal zugeführt werden, und
  • c) der Demodulator (36) als phasenempfindlicher Gleichrich­ ter (36a) mit Nachintegration des Signals des Empfängers (35) sowohl zur Entfernungsbestimmung und Positionierung als auch zum Datenempfang ausgebildet ist.
9. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • a) durch Anbringen eines Hilfs-Retroreflektors (131d) in der Verlängerung des von der Leitstelle (10) auf den positio­ nierten Transportbehälter (110) gerichteten Lichtstrahls (32) eine Lichtschranke gebildet wird, und
  • b) die Steuer- und Recheneinheit (40) das Einfahren des Transportfahrzeuges (5) in die Lichtschranke durch die Unterbrechung des zurückreflektierten Lichtstrahles (33) erkennt und ein Langsamfahr-Signal für das Transportfahr­ zeug (5) abgibt.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfs-Retroreflektor (131d) auch der Retromodulator (131) oder der Retroreflektorstreifen (131c) eines bereits positionierten Transportbehälters (110) verwendet wird.
11. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lichtsender (31) eine Halbleiterlaserdiode (31a) mit Sendeoptik (31b) aufweist.
12. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der dem Retroreflektor (131a) vorgeschaltete optische Modulator (131b) eine LC-Flüssigkristallzelle ist.
13. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • a) die Periodendauer der oberen Grenzfrequenz des optischen Modulators (131b) klein gegen die zum Anhalten des Trans­ portfahrzeuges (5) erforderliche Zeit ist,
  • b) die Frequenz des Oszillators (34b) zur Amplitudenmodula­ tion des Lichtsenders (31) bei der Entfernungsmessung groß gegen die obere Grenzfrequenz des optischen Modulators (131b) ist,
  • c) die bei der Positionierung verwendete Hilfsmodulation etwa der oberen Grenzfrequenz des optischen Modulators (131b) entspricht, und
  • d) die Grenzfrequenz eines zur Pegelregelung des Lasers 31a verwendeten Tiefpasses 45a klein gegen die untere Grenz­ frequenz der Datenübertragung ist.
14. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die an der Leitstelle (10) angeordnete Steuer- und Recheneinheit (40) mit dem Modulator (34, 34a) zur Modulation des Lichtsenders (31), mit dem optischen Empfänger (35) mit Demodulator (36, 36a) zu Datenempfang, Entfernungsbestimmung und Positionierung, mit der Ablenkeinrichtung (31c) sowie mit der Ein- und Ausgabeeinheit (50) verbunden ist, welche Einheiten zur Dateneingabe (51), Datenausgabe (53) und Darstellung von Positionssignal, Entfernung und Ampelsigna­ len (52, 54, 55) für eine Verkehrsampelanlage (7) umfaßt.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Recheneinheit (40) Untereinheiten zum Rechnen und Speichern (41, 42), zur Ablaufsteuerung (43), zur Bestimmung von Empfangsintensität und gemessener Entfernung (44, 44a) zur Ampelsteuerung (45), zur Ansteuerung (46) der Ablenkeinrichtung (31c) mit vorgeschaltetem Bandfilter (47) für die Hilfsmodulation, sowie zum Datensenden (48) und Datenempfang (49) aufweist.
16. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die am Transportbehälter (110) angeordnete Steuer- und Recheneinheit (140) Untereinheiten zum Rechnen und Speichern (141, 142) und zur Ablaufsteuerung (143) aufweist und mit dem Datenspeicher (150), dem Oszillator (134b) und dem Modulator (134) verbunden ist.
17. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mit der Steuer- und Recheneinheit (140) verbundene Stromversorgungseinheit (160) ein Netzgerät (161), eine Puf­ ferbatterie (162), Sonnenzellen (163) und einen Eingang (164) für externen Ladestrom aufweist.
18. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Leitstellen (10) mit einer zentralen Datenverar­ beitungsanlage zur Übermittlung von Daten und Berechtigungs­ kodes verbunden sind.
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