EP1315982A1 - Laser-entfernungsmesser für antikollisionsanwendungen - Google Patents

Laser-entfernungsmesser für antikollisionsanwendungen

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Publication number
EP1315982A1
EP1315982A1 EP00943957A EP00943957A EP1315982A1 EP 1315982 A1 EP1315982 A1 EP 1315982A1 EP 00943957 A EP00943957 A EP 00943957A EP 00943957 A EP00943957 A EP 00943957A EP 1315982 A1 EP1315982 A1 EP 1315982A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
range finder
distance
track
sensor arrangement
markings
Prior art date
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Ceased
Application number
EP00943957A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Tiedecke
Egbert Ronald Ivo Casimir Visscher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IDM GmbH
Original Assignee
IDM GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IDM GmbH filed Critical IDM GmbH
Publication of EP1315982A1 publication Critical patent/EP1315982A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/87—Combinations of systems using electromagnetic waves other than radio waves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C15/00—Safety gear
    • B66C15/04—Safety gear for preventing collisions, e.g. between cranes or trolleys operating on the same track
    • B66C15/045—Safety gear for preventing collisions, e.g. between cranes or trolleys operating on the same track electrical
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications

Definitions

  • the present invention relates to a sensor arrangement with the features of the preamble of claim 1 and a method for operation along a track device.
  • Generic sensor arrangements are known, for example, as distance sensors for cranes from the prior art.
  • Distance sensors are used to determine the distance of the crane from the end point of a crane runway or the distance of the crane from a second crane traveling on the same crane runway in overhead cranes or trolleys and to influence the motor control of the crane in such a way that the travel speed of the crane falls below a minimum distance Crane lowered or the crane is finally stopped completely.
  • the known sensor arrangements work Usually with a light beam in the infrared range, the transit time of which is measured to a reflector attached to the opposite object, which gives the distance directly.
  • Incremental sensors are not subject to any restrictions due to limited visibility in fog, but in the simple version, in which only markings from a measuring tape are paid, they require a referencing run at the start of the respective measurement, in which the end stop is detected. This occurs, for example, in the event of a power failure.
  • the coding of crane runways using the gray code method is complex and correspondingly expensive, since the coding must enable a clear position determination over the entire length of the crane runway.
  • a sensor arrangement with the features of claim 1. Because, in addition to the range finder for the absolute distance to an adjacent object, a second range finder is provided on the basis of the travel time, which detects a position of the device relative to markings arranged on the track, at the start of a measurement via the travel time sensor, this can initially be done with the inherent accuracy Sensor position can be determined. The exact position with an accuracy in the range of a few millimeters can then be detected via the incremental sensor. If the visibility conditions deteriorate during operation, the incremental sensor can continuously track and determine the position by counting up or down the path markings, even if the transit time sensor is interrupted.
  • the incremental sensor can work in a particularly simple manner with individual markings along the path and does not require any coding, since the initial information is transmitted by the runtime sensor.
  • the second sensor is preferably an incremental sensor, which has a position-resolving detector means and optics for projecting the markings onto the detector means. With these features, relatively inexpensive sensors can be implemented, which nevertheless achieve an accuracy in the range of 1 mm. Updating the location when the transit time sensor is interrupted is particularly easy if the markings are arranged at regular intervals, for example m intervals of one meter each.
  • the markings can be assigned to specific objects along the track and, if necessary, be arranged at irregular distances if the absolute value from the end point is not the value to be determined, but a relative position to the marked object is to be approached.
  • Such a requirement exists, for example, for elevators that have to move to a defined position with respect to a floor level of a building.
  • the first and / or the second range finder is provided to transmit data with the measuring beam.
  • the information about the position, speed and relative distance of the cranes can be present in each of the two cranes. If one sensor system fails, the other sensor system can determine the complete movement data of both cranes and keep them redundant.
  • a common evaluation means is provided for the first and the second range finder. This evaluation means can then determine the position from both signals with great reliability and accuracy calculate. It can further be provided that the first range finder or a third range finder measures the distance to an object that is also movable along the runway, for example a second overhead crane, and the position of the movable object is transmitted to the first range finder or to the evaluation means. In this case, there is information about the distance to a fixed reference point as well as information about the distance to the next relatively movable object.
  • the evaluation means is set up to compare those of the first and the second rangefinder and possibly the third rangefinder and the absolute position, speed and / or acceleration of the device on the track and possibly the distance to an adjacent one to calculate moving object.
  • the complete movement variables of the movable device are determined, and knowing the applicable constants, the maximum dynamics of the system can be fully exploited in any state.
  • step a) determining the absolute position of the device on the track on the basis of the first range finder with a measurement error of less than half the distance between two adjacent markings; and b) determine the relative position of the device to the closest marking with a smaller measurement error than in step a).
  • steps a) and b) are preferably carried out synchronously, which avoids following errors which would lead to differences in the measurement result if the steps were carried out sequentially without compensation.
  • the absolute position of the device is determined from the combination of the results of steps a) and b) and a known position of the markings, then the absolute value of the distance between the device and a fixed reference point, for example the end the crane runway or an elevator shaft, can be clearly determined with high accuracy. If, in addition, the determination of the complete movement data (location, speed, acceleration) of the device is provided, the full speed and acceleration or braking potential can be exhausted when the device is moved.
  • the movement data of the neighboring device in a calculation of the possible movements in terms of speed, acceleration and braking. In this way, even if the two devices move towards each other, the full speed potential available can be used.
  • FIG 1 A single overhead crane with two
  • Rangefinders on a transit time or incremental basis
  • FIG. 2 two overhead cranes with the invention
  • Figure 3 a crane system with a total of three
  • Overhead cranes on a common crane runway. 1 shows a overhead crane 1 m from a top view.
  • the overhead crane 1 can be moved linearly along a crane runway 2.
  • An optical reflector 3 is arranged at an end of the track 2.
  • the crane itself carries a first range finder 6, which determines the distance to the reflector 3 by emitting a pulsed measuring beam 7 along a measuring section. Furthermore, a second range finder 8 is provided, which determines the position relative to the closest marking 4 by emitting a continuous measuring beam 9. Furthermore, the first range finder 6 and the second range finder 8 are connected via connection lines 10 to a common control 11, which in turn also contains the motor control (not shown) of the overhead crane 1.
  • the distance of the crane 1 from the reflector 3 is determined via the first range finder 6 by emitting the measuring beam 7 and its transit time to the reflector 3 and back. This distance is determined with an accuracy that is better than half the distance between the two markings 4.
  • the second range finder 8 sends the, for example, continuous measuring beam 9 to the markings, which in turn are formed by line-shaped retroreflectors.
  • the next marker 4 reflects the light of the measuring beam 9 and is imaged via optics, for example on a CCD line, the resolution of which with 256 pixels enables an accuracy of 1 mm if the markers are at a distance of one meter from one another.
  • the controller 11 Now determines in the vicinity of which mark 4 the crane is located, while the information given by the second range finder 8 gives the exact position of the crane 1 with respect to the individual mark 4. Both information are evaluated together with the knowledge of the distance of the individual markings from the end of the track 2 and thus result in the exact, millimeter-precise position of the overhead crane 1 on the track 2. These measurements are continuously continued, so that even when the measuring beam 7 is interrupted Position can be determined continuously based on the counting of the individual markings 4.
  • FIG. 2 shows an arrangement of two bridge cranes 1 and 1 ⁇ is shown, wherein like elements bear like designations as in FIG. 1
  • the corresponding components assigned to the second overhead traveling crane 1 are each identified by a line.
  • the crane 1 carries a third range finder 13, which emits a measuring pulse to a reflector 15 along a measuring beam 14.
  • the reflector 15 is fixedly arranged on the second overhead crane 1.
  • a third range finder 13 ⁇ of the second overhead crane 1 ⁇ is aligned with the first overhead crane 1 and sends a signal along the measuring section 14 to the reflector 15 ⁇ , which in turn is arranged on the first overhead crane 1.
  • the second overhead crane 1 determines its position thereby to by a measuring beam 7 directed ⁇ relative to the reflector 3 opposite end of the track 2 to a fixed reflector 3 ⁇ and the duration of a pulse is measured.
  • each of the cranes 1, 1 ⁇ can first determine its absolute position relative to the reflector 3 or 3 ⁇ with the first range finder 6, 6 ⁇ as described in connection with FIG. 1.
  • the relative position to a marking 4 is determined by a range finder 8, 8 ', which works incrementally. For each control 11, 11 'm this clearly results in the exact position of the traveling crane 1, 1 ⁇ on the running track 2 without having to carry out a homing run.
  • the relative distance of the traveling cranes 1, 1 to one another is determined by the respective third range finder 13, 13 ⁇ with reference to the opposite reflector 15, 15 ⁇ , so that here too, knowledge of the movement data of the cranes 1, 1 provides complete information about in the frame permissible movements are present in the safety area and the crane controller 11, 11 x can automatically move the crane 1, l ⁇ when required and in particular can brake it. Since all measuring data present on the cranes 1, 1 are transmitted from the range finder 13, 13 ⁇ to a data receiver 16, 16 dichen integrated in the reflector 15, 15 ⁇ via the measuring beams 14, 14 ⁇ , in particular if one of the sensors 6, 6 fails, 8, 8 ⁇ or 13, 13 'still provide all information about the movement of both cranes from the system that has remained intact. The information determined from three sensors is sufficient to completely solve the complete equations of motion. In this respect there is full redundancy of the sensor system.
  • FIG. 3 a further system with a total of three overhead cranes on a runway 2 is provided. With these three cranes are provided essentially the same elements as in Figure 2. The third crane is marked with its associated components with two lines.
  • the two outer cranes 1, l ⁇ > point in the figure 2 each have a first distance meter 6, 6, for determining the distance to an opposing, fixed reflector 3, 3 and an incremental sensor with a second range finder 8, 8, ⁇ on.
  • the mean crane 1 ⁇ has next to the incremental sensor 8 comprises a first distance meter 13 and a second ⁇ ⁇ rangefinder 23, which, more specifically, measures the relative distance to the respective opposite crane 1, l ⁇ to the reflector 15 25th
  • each of the two outer traveling cranes can determine its absolute position on the running track 2 with an accuracy of a few millimeters, as described in connection with FIG. Only the middle crane can determine with the range finders 13 ⁇ , 23 ⁇ only the distance relative to the neighboring cranes 1, 1 , and determine the position of the measuring beam 9 ⁇ with respect to a marking 4. To calculate an absolute position on the runway 2, the respective current position of at least one neighboring crane 1, 1 must be transmitted.
  • the movement data relevant to each crane are determined several times, namely once by the crane itself (or by its control 11, 11 ⁇ , 11 ⁇ ) and on the other hand by the neighboring crane, which, in addition to its own movement data, the distance destined for the neighboring crane.
  • a data transfer from one Crane to next consequently ensures that the neighboring crane also receives a complete set of movement data which remains available even if one or more sensors fail.
  • the design of the sensors and the described methods ensure that the crane control is ensured in such a way that the positions can be reliably determined even when visibility is impaired.
  • the movement data required for safe control of the crane on the one hand and for maximum utilization of the possible speeds and accelerations of the cranes on the other hand, which ultimately lead to the solution of the movement equations, are available in full and multiple redundancy.
  • the crane control can work semi-automatically or fully automatically even under adverse conditions and with protection against malfunctions. Impairment of performance through unnecessary interventions in crane travel is avoided.
  • An embodiment corresponding to the example depicted in FIG. 1 can also be provided, for example, for lifts in which a range finder determines the absolute height of the car in relation to the floor of the elevator shaft.
  • a second incremental sensor measures the relative orientation of the elevator car with respect to a marking assigned to the respective floor. So the elevator can move to a floor at high speed and brake before reaching the floor marking to stop at that floor. If the floor marking then comes into view of the incremental sensor, i.e. the second range finder, the position can be resolved with millimeter accuracy and the elevator with it great accuracy and great speed can be stopped exactly at the desired position.
  • the floor height of the building can be variable with this sensor system for lifts. The exact distance between the markings does not matter.
  • the mark as a reflective strip can already be applied by the elevator manufacturer to the respective door frame without it being important for exact positioning.
  • the elevator can also continue to be operated in an emergency operation program if one of the two sensors fails. If the first rangefinder, which determines the absolute distance to the floor of the elevator shaft, fails, the elevator can continue to be operated without compromising comfort by paying up or down the markings as the elevator drives past, thus continuously tracking the position of the elevator. Only the elevator travel will be carried out at a lower speed than the maximum possible, so that the elevator cabs can be braked in time for reaching the intended stopping point. If the second rangefinder, ie the incremental sensor, fails, the positioning of the elevator with respect to the respective floor level is impaired, so that a step can arise in the elevator exit. This does not affect the safety of elevator operation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für im wesentlichen linear entlang einer Bahn (2) verfahrbare Vorrichtungen (1), mit wenigstens einem in Richtung der Bahn (2) messenden ersten Entfernungsmesser (6), der die Entfernung zu einem benachbarten Objekt (3) auf Basis der Laufzeit eines entlang eines Messstrahls (7) ausgesandten Impulses bestimmt, wobei ein zweiter Entfernungsmesser (8) vorgesehen ist, der eine Position der Vorrichtung (1) relativ zu an der Bahn angeordneten Markierungen (4) bestimmt.

Description

Laser-Entfernungsmesser für Antikollisionsanwendungen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb entlang einer Laufbahn verfahrbaren Vorrichtung.
Gattungsgemäße Sensoranordnungen sind beispielsweise als Abstandssensoren für Kräne aus dem Stand der Technik bekannt. Abstandssensoren werden verwendet, um bei Laufkränen oder Laufkatzen den Abstand des Krans vom Endpunkt einer Kranbahn oder den Abstand des Krans von einem zweiten, auf derselben Kranbahn fahrenden Kran zu bestimmen und die Motorsteuerung des Krans derart zu beeinflussen, daß bei Unterschreiten eines Mindestabstands die Fahrgeschwindigkeit des Krans herabgesetzt oder der Kran schließlich vollkommen gestoppt wird. Die bekannten Sensoranordnungen arbeiten üblicherweise mit einem Lichtstrahl im Infrarotbereich, dessen Laufzeit zu einem am gegenüberliegenden Objekt angebrachten Reflektor gemessen wird, woraus sich die Entfernung unmittelbar ergibt.
Andere bekannten Sensoren erfassen ein längs der Laufbahn angebrachtes Lineal aus Markierungen, bei dem entweder die Markierungen abgezahlt werden und der Sensor auf diese Weise die Position ausgehend von einer Startposition errechnet, oder es ist ein sogenannter Greycode aufgebracht, bei dem der Sensor auch ohne die Referenz eines Anschlagpunktes innerhalb einer gewissen Genauigkeit ermitteln kann, wo der Sensor gerade steht.
Bei den Laufzeitsensoren ergibt sich insbesondere bei langen Kranbahnen im Freien gelegentlich das Problem, daß die Sichtverhaltnisse beeinträchtigt werden können. Dies fuhrt bei den zum Teil mehrere hundert Meter langen Kranen beispielsweise bei Nebel dazu, daß das Signal vollkommen verloren geht und die damit verknüpfte Sicherheitsfunktion ausfallt. D es gilt auch bei Verwendung von infrarotem Licht, bei dem die Reichweite etwa der doppelten optischen Sichtweite entspricht. Derartige Konditionen treten insbesondere in Hafenbereichen relativ häufig ein.
Inkrementale Sensoren unterliegen keinen Einschränkungen durch begrenzte Sichtweiten bei Nebel, sie erfordern jedoch m der einfachen Version, bei der lediglich Markierungen eines Maßbandes abgezahlt werden, am Beginn der jeweiligen Messung eine Referenzierungsfahrt , bei der der Endanschlag detektiert wird. Dieser Fall tritt beispielsweise bei einem Stromausfall ein. Die Codierung von Kranbahnen mit dem Greycode-Verfahren ist aufwendig und entsprechend teuer, da über die gesamte Länge der Kranbahn die Codierung eine eindeutige Positionsbestimmung ermöglichen muß.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, bei denen technisch relativ einfache Sensormittel eine hohe Genauigkeit ermöglichen, am Beginn einer Messung oder Stromausfall keine Referenzierungsfahrt erforderlich ist und die Verwendung von einfachen Markierungen entlang der Kranbahn ausreichend ist.
Diese Aufgabe wird von einer Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weil neben dem Entfernungsmesser für den absoluten Abstand zu einem benachbarten Objekt auf Basis der Laufzeit ein zweiter Entfernungsmesser vorgesehen ist, der eine Position der Vorrichtung relativ zu an der Bahn angeordneten Markierungen erfaßt, kann am Beginn einer Messung über den Laufzeitsensor zunächst mit der inhärenten Genauigkeit dieses Sensors die Position bestimmt werden. Die exakte Position mit einer Genauigkeit im Bereich von wenigen Millimetern kann dann über den Inkrementalsensor erfaßt werden. Wenn während des Betriebs sich die Sichtbedingungen verschlechtern, kann der Inkrementalsensor über das Herauf- oder Herunterzählen der Bahnmarkierungen die Position kontinuierlich weiterverfolgen und ermitteln, auch wenn der Laufzeitsensor unterbrochen ist. Der Inkrementalsensor kann dabei in besonders einfacher Weise mit einzelnen Markierungen entlang der Bahn arbeiten und benötigt keine Codierung, da die Anfangsinformation von dem Laufzeitsensor übermittelt wird. Der zweite Sensor ist vorzugsweise ein Inkrementalsensor, der ein ortsauflosendes Detektormittel und eine Optik zur Projektion der Markierungen auf das Detektormittel aufweist. Mit diesen Merkmalen sind relativ preiswerte Sensoren realisierbar, die dennoch eine Genauigkeit im Bereich von 1 mm erreichen. Die Fortschreibung des Ortes bei unterbrochenem Laufzeitsensor wird besonders einfach möglich, wenn die Markierungen in regelmäßigen Abstanden angeordnet sind, beispielsweise m Abstände von jeweils einem Meter. Weiter können die Markierungen bestimmten Objekten entlang der Laufbahn zugeordnet sein und gegebenenfalls in unregelmäßigen Abstanden angeordnet sein, wenn nicht die absolute Entfernung von dem Endpunkt der zu ermittelnde Wert ist, sondern eine relative Position zu dem markierten Objekt angefahren werden soll. Eine derartige Anforderung besteht beispielsweise bei Aufzügen, die eine definierte Position bezüglich einer Geschoßebene eines Gebäudes anfahren müssen.
Es kann weiter vorgesehen sein, daß der erste und/oder der zweite Entfernungsmesser dazu vorgesehen ist, Daten mit dem Meßstrahl zu übertragen. Im Falle von zwei Kranen, die eine gemeinsame Kranbahn benutzen, kann so die Information über Position, Geschwindigkeit und relative Abstand der Krane jeweils m beiden Kranen vorliegen. Bei Ausfall eines Sensorsystems kann das jeweils andere Sensorsystem die kompletten Bewegungsdaten beider Krane ermitteln und redundant vorhalten.
In einer konkreten Ausfuhrungsform kann vorgesehen sein, daß ein gemeinsames Auswertmittel für den ersten und den zweiten Entfernungsmesser vorgesehen ist. Dieses Auswertmittel kann dann aus beiden Signalen die Position mit einer großen Zuverlässigkeit und Genauigkeit errechnen. Weiter kann vorgesehen sein, daß der erste Entfernungsmesser oder ein dritter Entfernungsmesser die Entfernung zu einem ebenfalls entlang der Laufbahn beweglichen Objekt, beispielsweise einem zweiten Laufkran, mißt und die Position des beweglichen Objekts an den ersten Entfernungsmesser oder an das Auswertemittel übertragen wird. In diesem Fall liegen sowohl Informationen über den Abstand zu einem festen Bezugspunkt als auch die Information über den Abstand zum nächsten relativ beweglichen Objekt vor. Weiter kann vorgesehen sein, daß das Auswertmittel dazu eingerichtet ist, die von dem ersten und dem zweiten Entfernungsmesser und gegebenenfalls dem dritten Entfernungsmesser miteinander zu vergleichen und die absolute Position, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der Vorrichtung auf der Laufbahn sowie gegebenenfalls den Abstand zu einem benachbarten beweglichen Objekt zu berechnen. Bei dieser Ausführungsform werden die kompletten Bewegungsvariablen der verfahrbaren Vorrichtung ermittelt, und in Kenntnis der anwendbaren Konstanten kann in jedem Zustand die maximale Dynamik des Systems voll ausgeschöpft werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer entlang einer Laufbahn verfahrbaren Vorrichtung mit wenigstens einer Sensoranordnung der oben beschriebenen Art ist folgendes vorgesehen:
a) Ermitteln der absoluten Position der Vorrichtung auf der Laufbahn auf Basis des ersten Entfernungsmessers mit einem Meßfehler von weniger als dem halben Abstand zweier benachbarter Markierungen; und b) ermitteln der relativen Position der Vorrichtung zu der nächstliegenden Markierung mit einem geringeren Meßfehler als bei dem Schritt a) .
Mit diesem Verfahren ist auf Basis des ersten Entfernungsmessers eine eindeutige Identifizierung der jeweils nächstliegenden Markierung möglich. Die genaue Position relativ zu dieser Markierung kann mit dem zweiten Entfernungsmesser bestimmt werden. Damit ist die Position einer Vorrichtung entlang einer Laufbahn eindeutig festgelegt. Hierbei werden vorzugsweise die Schritte a) und b) gleichzeitig synchron ausgeführt, wodurch Schleppfehler vermieden werden, die bei einer sequentielle Ausführung der Schritte ohne Kompensation zu Differenzen im Messergebnis führen würden.
Wenn weiter vorgesehen ist, daß die absolute Position der Vorrichtung aus der Kombination der Ergebnisse der Schritte a) und b) und einer bekannten Position der Markierungen ermittelt wird, so wird auch der Absolutwert des Abstandes zwischen der Vorrichtung und einem festen Bezugspunkt, beispielsweise dem Ende der Kranbahn oder eines Aufzugschachtes, eindeutig mit hoher Genauigkeit ermittelbar. Wenn zusätzlich das Ermitteln der vollständigen Bewegungsdaten (Ort, Geschwindigkeit, Beschleunigung) der Vorrichtung vorgesehen ist, so kann bei dem Verfahren der Vorrichtung das volle Geschwindigkeits- und Beschleunigungs- bzw. Bremspotential ausgeschöpft werden.
Wenn weiter vorgesehen ist, die Bewegungsdaten und/oder den Abstand zu einer benachbarten, im wesentlichen gleichartigen Vorrichtung an die benachbarte Vorrichtung zu übertragen, so können auch die Bewegungsdaten der benachbarten Vorrichtung in eine Berechnung der möglichen Bewegungen hinsichtlich Geschwindigkeit, Beschleunigung und Bremsen einbezogen werden. Auf diese Weise kann auch, wenn die beiden Vorrichtungen sich aufeinander zu bewegen, das volle zur Verfugung stehende Geschwindigkeitspotential genutzt werden.
Zusatzlich kann vorgesehen sein, einen Antrieb der Vorrichtung derart zu steuern, daß eine Kollision mit den Enden der Laufbahn und/oder der benachbarten gleichartigen Vorrichtung ausgeschlossen wird. Der automatische oder halbautomatische Betrieb von derart ausgestatteten Vorrichtungen wird damit möglich.
Eine vorteilhafte Anwendung der insoweit beschriebenen Sensoren und Verfahren ergibt sich insbesondere bei Laufkranen, Aufzügen und Staplern für Hochregallager.
Im folgenden werden Ausfuhrungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 : Einen einzelnen Laufkran mit zwei
Entfernungsmessern auf Laufzeitbasis bzw. mkrementaler Basis;
Figur 2 : zwei Laufkrane mit der erfindungsgemaßen
Sensoranordnung auf einer gemeinsamen Laufbahn; sowie
Figur 3 : eine Krananlage mit insgesamt drei
Laufkranen auf einer gemeinsamen Kranbahn. In der Figur 1 ist eine Laufkran 1 m einer Draufsicht dargestellt. Der Laufkran 1 ist entlang einer Kranbahn 2 linear verfahrbar. An einem stirnseitigen Ende der Laufbahn 2 ist eine optischer Reflektor 3 angeordnet. Weiter ist seitlich neben der Kranbahn 2 ein Maßstab aus aquidistant angeordneten Markierungen 4 vorgesehen.
Der Kran selbst tragt einen ersten Entfernungsmesser 6, der durch Aussendung eines gepulsten Meßstrahls 7 entlang einer Meßstrecke die Entfernung zum Reflektor 3 bestimmt. Weiter ist ein zweiter Entfernungsmesser 8 vorgesehen, der durch Aussendung eines kontinuierlichen Meßstrahls 9 die Position relativ zur nächstliegenden Markierung 4 ermittelt. Weiter sind der erste Entfernungsmesser 6 und der zweite Entfernungsmesser 8 über Verbmdungsleitungen 10 mit einer gemeinsamen Steuerung 11 verbunden, die wiederum auch die (nicht dargestellte) Motorsteuerung des Laufkrans 1 birgt.
Im Betrieb wird über den ersten Entfernungsmesser 6 durch Aussendung des Meßstrahls 7 und dessen Laufzeit zum Reflektor 3 und zurück die Entfernung des Krans 1 von dem Reflektor 3 bestimmt. Diese Entfernungsbestimmung erfolgt mit einer Genauigkeit, die besser ist als der halbe Abstand des von zwei Markierungen 4 zueinander. Der zweite Entfernungsmesser 8 sendet den beispielsweise kontinuierlichen Meßstrahl 9 auf die Markierungen, die ihrerseits wieder von strichformigen Retroreflektoren gebildet sind. Die nachstliegende Markierung 4 reflektiert das Licht des Meßstrahls 9 und wird über eine Optik beispielsweise auf eine CCD-Zeile abgebildet, deren Auflosung mit 256 Pixeln etwa eine Genauigkeit von 1 mm ermöglicht, falls die Markierungen einen Abstand von ' einem Meter voneinander aufweisen. Die Steuerung 11 ermittelt nun, in der Nähe welcher Markierung 4 sich der Kran befindet, während die aus dem zweiten Entfernungsmesser 8 gegebene Information die exakte Lage des Krans 1 bezüglich der individuellen Markierung 4 ergibt. Beide Informationen werden zusammen mit der Kenntnis des Abstandes der einzelnen Markierungen vom Ende der Laufbahn 2 ausgewertet und ergeben damit die exakte, millimetergenaue Position des Laufkrans 1 auf der Laufbahn 2. Diese Messungen werden kontinuierlich fortgeführt, so daß auch bei einer Unterbrechung des Meßstrahls 7 die Position anhand der Weiterzählung der einzelnen Markierungen 4 kontinuierlich ermittelt werden kann .
In der Figur 2 ist eine Anordnung aus zwei Laufkränen 1 und 1 λ dargestellt, wobei gleiche Bauelemente gleiche Bezeichnungen wie in der Figur 1 tragen. Die dem zweiten Laufkran l zugeordneten, korrespondierenden Bauelemente sind jeweils mit einem Strich gekennzeichnet. Ergänzend zu der Darstellung gemäß Figur 1 trägt der Kran 1 einen dritten Entfernungsmesser 13, der entlang eines Meßstrahls 14 einen Meßimpuls zu einem Reflektor 15 aussendet. Der Reflektor 15 ist dabei fest an dem zweiten Laufkran 1 angeordnet. In entsprechender Weise wird ein dritter Entfernungsmesser 13 λ des zweiten Laufkrans 1 Λ auf den ersten Laufkran 1 ausgerichtet und sendet ein Signal entlang der Meßstrecke 14 auf den Reflektor 15λ, der wiederum am ersten Laufkran 1 angeordnet ist. Der zweite Laufkran 1 ermittelt dabei seine Position relativ zu dem dem Reflektor 3 gegenüberliegenden Ende der Laufbahn 2, indem ein Meßstrahl 7λ auf einen fest angeordneten Reflektor 3 λ gerichtet und die Laufzeit eines Impulses gemessen wird. Bei dieser Vorrichtung kann zunächst jeder der Krane 1, 1 Λ wie im Zusammenhang mit der Figur 1 beschrieben seine absolute Position gegenüber dem Reflektor 3 bzw. 3Λ mit dem ersten Entfernungsmesser 6, 6Λ bestimmen. Die Relativposition zu einer Markierung 4 wird von einem Entfernungsmesser 8, 8' ermittelt, der inkremental arbeitet. Daraus ergibt sich für jede Steuerung 11, 11' m eindeutiger Weise die genaue Position des Laufkrans 1, 1Λ auf der Laufbahn 2, ohne eine Referenzierungsfahrt durchfuhren zu müssen.
Die relative Entfernung der Laufkrane 1, l zueinander wird durch den jeweils dritten Entfernungsmesser 13, 13 λ mit Bezug auf den gegenüberliegenden Reflektor 15, 15 Λ ermittelt, so daß auch hier m Kenntnis der Bewegungsdaten der Krane 1, 1 die vollständige Information über im Rahmen des Sicherheitsbereichs zulässige Bewegungen vorliegen und die Kransteuerung 11, 11 x den Kran 1, lλ bei bedarf automatisch verfahren und insbesondere abbremsen kann. Da über die Meßstrahlen 14, 14 λ alle auf den Kranen 1, 1 vorliegenden Meßdaten vom Entfernungsmesser 13, 13 Λ zu einem im Reflektor 15, 15 λ integrierten Datenempfanger 16, 16 Λ übertragen werden, liegen insbesondere bei Ausfall eines der Sensoren 6, 6 8, 8Λ oder 13, 13 'noch immer sämtliche Informationen über die Bewegung beider Krane aus dem jeweils intakt gebliebenen System vor. Die aus drei Sensoren ermittelte Information reicht aus, um die kompletten Bewegungsgleichungen vollständig losen zu können. Insoweit ist eine volle Redundanz des Sensorsystems gegeben .
In der Figur 3 ist ein weiteres System mit insgesamt drei Laufkranen auf einer Laufbahn 2 vorgesehen. Bei diesen drei Kranen sind im wesentlichen die gleichen Elemente wie in der Figur 2 vorgesehen. Der jeweils dritte Kran ist mit seinen zugehörigen Bauelementen mit zwei Strichen gekennzeichnet .
Die beiden äußeren Krane 1, lλ > weisen wie in der Figur 2 jeweils einen ersten Entfernungsmesser 6, 6, zur Bestimmung der Distanz zu einem gegenüberliegenden, ortsfesten Reflektor 3, 3 sowie einen Inkrementalsensor mit einem zweiten Entfernungsmesser 8, 8, Λ auf. Der mittlere Kran 1 λ weist neben dem Inkrementalsensor 8 einen ersten Entfernungsmesser 13 Λ und einen zweiten Entfernungsmesser 23 Λ auf, der die relative Entfernung zu dem jeweils gegenüberliegenden Kran 1, lλΛ, genauer gesagt, zu dem Reflektor 15 25 mißt.
Bei diesem System kann jeder der beiden äußeren Laufkrane wie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben seine absolute Position auf der Laufbahn 2 auf wenige Millimeter genau bestimmen. Lediglich der mittlere Kran kann mit den Entfernungsmessern 13λ, 23 Λ nur die Entfernung relativ zu den benachbarten Kranen 1, l, ermitteln und die Lage des Meßstrahls 9 Λ bezüglich einer Markierung 4 bestimmen. Für die Errechnung einer absoluten Position auf der Laufbahn 2 ist die Übermittlung der jeweiligen aktuellen Position mindestens eines benachbarten Krans 1, 1 erforderlich.
Auch bei diesem System werden die für jeden Kran relevanten Bewegungsdaten mehrfach ermittelt, nämlich einmal von dem Kran selbst (bzw. von seiner Steuerung 11, llλ, 11Λ ) und zum anderen von dem jeweils benachbarten Kran, der neben seinen eigenen Bewegungsdaten den Abstand zum Nachbarkran bestimmt. Eine Datenübertragung von einem Kran zum nächsten stellt folglich sicher, daß auch der benachbarte Kran einen vollständigen Satz von Bewegungsdaten erhalt, der auch dann verfugbar bleibt, wenn einer oder mehrere Sensoren ausfallen.
Durch die Auslegung der Sensoren und die beschriebenen Verfahren wird die Kransteuerung m der Weise sicher, daß die Positionen auch bei Beeinträchtigungen der Sichtweite zuverlässig ermittelt werden können. Die für eine sichere Steuerung des Krans einerseits und für eine maximale Ausnutzung der möglichen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der Krane andererseits erforderlichen Bewegungsdaten, die letztlich zur Losung der Bewegungsgieichungen fuhren, liegen vollständig und mehrfach redundant vor. Insofern kann auch bei widrigen Bedingungen und unter Absicherung gegen Störungen die Kransteuerung halbautomatisch oder vollautomatisch arbeiten. Eine Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit durch unnötige Eingriffe in die Kranfahrten wird vermieden .
Eine Ausfuhrung entsprechend dem in Figur 1 geschilderten Beispiel kann auch beispielsweise für Aufzuge vorgesehen sein, bei denen ein Entfernungsmesser die Absoluthohe der Kabine bezuglich des Bodens des Aufzugschachtes bestimmt. Ein zweiter Inkrementalsensor mißt dabei die relative Ausrichtung der Aufzugskabine bezuglich einer dem jeweiligen Geschoß zugeordneten Markierung. So kann der Aufzug mit hoher Geschwindigkeit ein Geschoß anfahren und bereits vor Erreichen der Geschoßmarkierung zum Halt bei diesem Geschoß abbremsen. Wenn dann die Geschoßmarkierung in Sichtweite des Inkrementalsensors, also des zweiten Entfernungsmessers, kommt, kann die Position millimetergenau aufgelost werden und der Fahrstuhl mit großer Genauigkeit und großer Schnelligkeit exakt an der gewünschten Position angehalten werden. Die Geschoßhohe des Gebäudes kann bei diesem Sensorsystem für Aufzuge variabel sein. Es kommt nicht auf den genauen Abstand der Markierungen untereinander an. So kann beispielsweise die Markierung als reflektierender Streifen bereits vom Aufzughersteller am jeweiligen Türrahmen angebracht werden, ohne daß es hier auf eine exakte Positionierung ankäme. Insbesondere kann der Aufzug auch in einem Notlaufprogramm weiter betrieben werden, wenn einer der beiden Sensoren ausfallt. Bei Ausfall des ersten Entfernungsmessers, der die absolute Entfernung zum Boden des Aufzugschachtes bestimmt, kann der Aufzug ohne Komfortbeemtrachtigungen weiter betrieben werden, indem die Markierungen beim Vorbeifahren des Aufzugs herauf- oder heruntergezahlt werden und so kontinuierlich die Position des Aufzugs weiterverfolgt wird. Lediglich die Aufzugfahrt wird mit einer geringeren als der maximal möglichen Geschwindigkeit ausgeführt werden, damit eine Bremsung der Aufzugskabme rechtzeitig zum Erreichen des vorgesehenen Haltepunktes ausgeführt werden kann. Bei Ausfall des zweiten Entfernungsmessers, also des Inkrementalsensors, wird die Positionierung des Aufzugs bezüglich der jeweiligen Geschoßebene beeinträchtigt, so daß im Aufzugausgang eine Stufe entstehen kann. Die Sicherheit des Aufzugsbetriebs ist hierdurch jedoch nicht beeinträchtigt .

Claims

P a te n t an s p rü ch e
1. Sensoranordnung für im wesentlichen linear entlang einer Bahn (2) verfahrbare Vorrichtungen (1), mit wenigstens einem in Richtung der Bahn (2) messenden ersten Entfernungsmesser (6), der die Entfernung zu einem benachbarten Objekt (3) auf Basis der Laufzeit eines entlang eines Messstrahls (7) ausgesandten Impulses bestimmt, da du r ch ge k e n n z e i c h ne t , daß ein zweiter Entfernungsmesser (8) vorgesehen ist, der eine Position der Vorrichtung (1) relativ zu an der Bahn (2) angeordneten Markierungen (4) bestimmt.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, da du r c h ge k e nn z e i ch n e t , daß der zweite Sensor (8) ein Inkrementalsensor ist, der ein ortsauflösendes Detektormittel sowie eine Optik zur Projektion der Markierungen (4) auf das Detektormittel aufweist.
3. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da du r ch ge k enn z e i c hn e t , daß die Markierungen (4) in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.
4. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, da du r ch ge k e nn z e i ch ne t , daß die Markierungen (4) bestimmten Objekten entlang der Laufbahn (2) zugeordnet sind und gegebenenfalls in unregelmäßigen Abständen angeordnet sind.
5. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da du r ch ge k e n n z e i chn e t , daß der erste und/oder der zweite Entfernungsmesser (6,8) dazu eingerichtet ist, Daten mit dem Messstrahl (7) zu übertragen.
6. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein gemeinsames Auswertemittel (11) für den ersten und den zweiten Entfernungsmesser (6,8) vorgesehen ist.
7. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Entfernungsmesser (6) oder ein dritter Entfernungsmesser (13) die Entfernung zu einem ebenfalls entlang der Laufbahn (2) beweglichen Objekt (1Λ) misst und die Position des beweglichen Objekts (l ) an den ersten Entfernungsmesser (6) oder an das Auswertemittel (11) übertagen wird.
8. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Auswertemittel (11) dazu eingerichtet, die von dem ersten und dem zweiten Entfernungsmesser (6,8) und ggf. dem dritten Entfernungsmesser (13) ermittelten Werte miteinander zu vergleichen und die absolute Position, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der Vorrichtung (1) auf der Laufbahn (2) sowie ggf. den Abstand zu einem benachbarten beweglichen Objekt (lλ) zu berechnen.
9. Verfahren zum Betrieb einer entlang einer Laufbahn
(2) verfahrbaren Vorrichtung (1) mit wenigstens einer Sensoranordnung (6,8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten:
a. Ermitteln der absoluten Position der Vorrichtung (1) auf der Laufbahn (2) auf Basis des ersten Entfernungsmessers (6) mit einem Messfehler von weniger als dem halben Abstand zweier benachbarter Markierungen (4);
b. Ermitteln der relativen Position der Vorrichtung (1) zu der nächstliegenden Markierung mit einem geringeren Messfehler als bei dem Schritt a) .
10. Verfahren nach Ansprch 9, da du r ch ge k e nn z e i chn e t , daß die Schritte a) und b) gleichzeitig ausgeführt werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da du r ch ge k e n n z e i chn e t , daß folgender Schritt vorgesehen ist:
c. Bestimmen der absoluten Position der Vorrichtung (1) aus der Kombination der Ergebnisse der Schritte a) und b) und einer bekannten Position der Markierungen (4).
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß folgender Schritt vorgesehen ist: d. Ermitteln der vollständigen Bewegungsdaten
(Ort, Geschwindigkeit, Beschleunigung) der Vorrichtung (1) .
13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß folgender Schritt vorgesehen ist:
e. Übertragen der Bewegungsdaten und/oder des Abstandes zu einer benachbarten im wesentlichen gleichartigen Vorrichtung (lΛ,l Λ) an die benachbarte Vorrichtung.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß folgender Schritt vorgesehen ist:
f. Steuerung eines Antriebs der Vorrichtung (1) derart, dass eine Kollision mit Enden der Laufbahn und/oder der benachbarten gleichartigen Vorrichtung (lλ,l, Λ) ausgeschlossen wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß folgender Schritt vorgesehen ist:
g. Steuerung eines Antriebs der Vorrichtung (1) derart, dass eine bestimmte Position entlang der Laufbahn mit einer hohen Genauigkeit angefahren wird, wobei die Genauigkeit besser als 1 cm ist, insbesondere bei oder unter 1 mm liegt .
16. Sensoranordnung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da du r ch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vorrichtung ein Aufzug, ein Laufkran oder ein Stapler eines Hochregallagers ist.
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