DE19800441A1

DE19800441A1 - Vorrichtung zum Ermitteln des Auftreffpunktes von Wurfpfeilen auf einer Zielscheibe

Info

Publication number: DE19800441A1
Application number: DE1998100441
Authority: DE
Inventors: Thomas Kerscher; Franz Pauer; Martin Kastenberger
Original assignee: DOMOTEC SYSTEMTECHNIK GmbH
Current assignee: DOMOTEC SYSTEMTECHNIK GmbH
Priority date: 1997-01-20
Filing date: 1998-01-08
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2018-01-09
Also published as: DE19800441C2; JP2001509251A; WO1998031979A1; EP0953138A1; CN1244250A; CN1091246C

Abstract

Die Vorrichtung weist eine stationär angeordnete Lichtquelle auf, die eine bandförmige Leuchtfläche aufweist, welche Licht über die gesamte Zielscheibe (Z) in einer Ebene abgibt, die parallel zur Oberfläche der Zielscheibe (Z) liegt und die Spitzen von in der Zielscheibe (Z) steckenden Wurfpfeilen (P) schneidet. DOLLAR A Mit Hilfe von Winkelsensoren und einer Auswerteeinheit wird aus den Meßsignalen der Winkelsensoren (S) durch Triangulation der Auftreffpunkt des Wurfpfeiles (P) auf der Zielscheibe (Z) bestimmt. Die Sensoreinrichtung enthält hierbei mindestens vier Winkelsensoren (S).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ermit teln des Auftreffpunktes von eine Spitze aufweisenden Wurfpfeilen auf einer ebenen Zielscheibe gemäß Patent . . . (Patentanmeldung 197 01 781.9-15).

In dem Hauptpatent ist eine Vorrichtung zur Ermittlung des Auftreffpunktes von Wurfpfeilen offenbart, die in Verbin dung mit traditionellen Dartpfeilen mit einer Metallspitze verwendet werden kann.

Es wird eine stationär angeordnete Lichtquelle mit einer bandförmigen Leuchtfläche vorgeschlagen, die Licht über die gesamte Zielscheibe in einer Ebene abgibt, die parallel zur Oberfläche der Zielscheibe liegt und die Spitzen von in der Zielscheibe steckenden Wurfpfeilen schneidet.

Die für diese Vorrichtung verwendete Winkelsensoreinrich tung weist Winkelsensoren auf, die außerhalb der Zielschei be oberhalb deren Oberfläche angeordnet sind. Diese Winkel sensoren geben jeweils Meßsignale ab, die dem Winkel zwi schen den Verbindungslinien zwischen Winkelsensor und Wurfpfeil sowie zwischen Winkelsensor und einem oder mehre ren bekannten Referenzpunkten entsprechen.

Die Winkelsensoren sind z. B. stationär an den Endpunkten zumindest einer außerhalb der Zielscheibe gelegenen linea ren Basis mit definierter Länge angeordnet, wobei dann die Meßsignale jeweils dem Winkel zwischen der Basis und der Verbindungslinie zwischen Endpunkt der Basis und der Spitze eines Wurfpfeiles entsprechen.

In der Auswerteeinheit wird aus den Meßsignalen der Winkel sensoren und der bekannten Lage der Referenzorte bzw. der bekannten Länge der Basis der Auftreffpunkt des Wurfpfeiles auf der Zielscheibe durch Triangulation bestimmt.

Zum Ermitteln des Auftreffpunktes eines Wurfpfeiles auf der Zielscheibe sind zumindest zwei (vorzugsweise drei) Winkel sensoren und eine Lichtquelle mit einer bandförmigen Leuchtfläche vorgesehen, die auf der den Winkelsensoren ge genüberliegenden Seite der Zielscheibe angeordnet sind.

Die Lichtquelle weist bevorzugt eine, die Leuchtfläche bil dende bandförmige Diffusorscheibe auf, hinter der, der Zielscheibe abgewandt, eine oder mehrere Lampen so in einer Reihe angeordnet sind, daß die Diffusorscheibe auf ihrer gesamten Fläche eine etwa gleiche Leuchtdichte aufweist. Die Diffusorscheibe ist z. B. aus trübem Glas, wie Matt- oder Milchglas, bzw. einem ähnlich wirkenden Kunststoff, z. B. Polymethacrylat.

Die Winkelsensoren bestehen jeweils aus einer Vielzahl kleiner fotosensitiver Einzelsensoren, die in einer Reihe aneinander anschließend angeordnet sind, und aus einer, das Blickfeld der Einzelsensoren und des gesamten Winkelsensors entsprechend der gewünschten Auflösung begrenzenden Optik. Die Gesamtheit der Einzelsensoren eines Winkelsensors ist bevorzugt ein CCD-Element. Die Einzelsensoren jedes Winkel sensors werden elektronisch abgetastet, wobei als Meßsigna le die Signale der Einzelsensoren verwendet werden, die kein Licht von den gegenüberliegenden Lichtquellen emp fängt, da diese Lichtwege durch die Spitzen eines oder meh rerer in der Zielscheibe steckender Wurfpfeile unterbrochen werden.

Die Meßsignale der einzelnen Winkelsensoren werden zu der zentralen Auswerteeinheit geleitet, wo die jeweiligen Auf treffpunkte der Wurfpfeile bestimmt werden. Hieraus lassen sich die Punktwerte und daraus der aktuelle Spielstand ab leiten. Dieser wird über einen Monitor, wahlweise auch über LED-Displays angezeigt.

Beim traditionellen Dartspiel werden drei Pfeile nacheinan der geworfen, die erst nach dem Abschluss der drei Würfe aus der Zielscheibe entfernt werden. Dadurch können Situa tionen entstehen, bei denen mehrere gleichzeitig in der Zielscheibe positionierte Pfeile nicht eindeutig detektiert werden können. Eine derartige Situation entsteht z. B. dann, wenn ein Pfeil einen weiteren Pfeil für einen Winkelsensor "unsichtbar" macht, d. h. wenn der zweite Pfeil sich hinter dem ersten auf der Sichtlinie Winkelsensor - erster Pfeil befindet, oder ein Pfeil sich direkt auf der Verbindungsli nie zwischen zwei Winkelsensoren befindet, so dass er für diese Winkelsensoren keinen Schatten wirft. Auf der Verbin dungslinie zweier Winkelsensoren ist nämlich eine Detektion eines Pfeiles unmöglich, da die Linse des einen Winkelsen sors dem anderen als dunkler Hintergrund erscheint, so dass keine weitere detektierbare Abschattung durch eintreffende Pfeile erfolgen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in dem Haupt patent angegebene Vorrichtung zur Ermittlung des Auftreff punktes von Wurfpfeilen hinsichtlich der Genauigkeit, der Zuverlässigkeit und der Auflösung der Auftreffpunkte derart zu verbessern, dass die Detektion dreier gleichzeitig in der Zielscheibe positionierter Pfeile problemlos und feh lerfrei möglich ist. Somit soll die erfindungsgeinäße Vor richtung höchsten Turnieranforderungen genügen.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst; eine weitere Lösung ist im Patentanspruch 10 angegeben.

Demgemäß enthält die Vorrichtung mindestens vier Winkelsenso ren, die bevorzugt in den Ecken eines die Zielscheibe umfas senden Quadrates angeordnet sind. Mit fünf um die Zielscheibe gruppierten Sensoren können ohne weiteres die oben erwähnten Abdeckungsprobleme gelöst werden.

Außerdem ist vorgesehen, unmittelbar vor jedem Winkelsensor einen halbdurchlässigen Spiegel anzuordnen, der für diesen Winkelsensor durchsichtig ist und dessen dem Sensor abgewand te Seite von einer Lichtquelle beleuchtet wird. Die halb durchlässigen Spiegel werden derart positioniert, daß ein ge genüberliegender Winkelsensor das Spiegelbild der Lichtquelle an der Winkelposition des ersten Winkelsensors wahrnimmt. Ein auf der Verbindungslinie zwischen den beiden Winkelsensoren eintreffender Pfeil schattet für jeden der beiden Winkelsen soren das an den halbdurchlässigen Spiegeln gespiegelte Licht gegenüber dem jeweils gegenüberliegenden Winkelsensor ab, so daß beide Winkelsensoren den Pfeil detektieren können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wer den die halbdurchlässigen Spiegel zu einem kegelstumpf förmigen Ring zusammengefasst, der innerhalb der Sensoran ordnung um die gesamte Zielscheibe herum angeordnet ist und in den an geeigneten Stellen Licht einer oder mehrerer Lichtquellen eingespiegelt wird. Als Lichtquelle wird be vorzugt eine einzige kreisrunde, diffus und gleichmäßig leuchtende Fläche, etwa die Oberfläche einer entsprechend geformten Leuchtstoff- oder Neonröhre verwendet. Mit dieser baulich einfachen Anordnung kann dann die notwendige Hin tergrundhelligkeit über der gesamten Oberfläche der Ziel scheibe und nicht nur auf den Sensor-Sensor-Verbindungen bereitgestellt werden. Weitere Lichtquellen sind dann nicht erforderlich.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden mehrere, bevorzugt zwei Gruppen von Winkelsensoren verwen det, mit denen unabhängig voneinander die Positionen der einzelnen Pfeile bestimmt werden. Durch eine solche Anord nung können die oben erwähnten Abdeckungsprobleme elimi niert werden.

Die beiden Gruppen können z. B. in einer Ebene winkelmäßig zueinander versetzt angeordnet werden; vorzugsweise werden die einzelnen Gruppen jedoch in unterschiedlichen paralle len Ebenen angeordnet, die einen geringen Abstand voneinan der haben, so dass mit der einen Gruppe von Sensoren die Position einer Pfeilspitze knapp oberhalb, z. B. drei Mil limeter oberhalb der Zielscheibe, mit der anderen Gruppe ein die Position der Pfeilspitze wenige Millimeter darüber erfasst wird. Hierbei kann auch die Neigung der Pfeilspitze gegenüber der Zielscheibe ermittelt werden, so dass durch Extrapolation bei beliebiger Pfeilneigung die exakte Posi tion der Pfeilspitze unmittelbar auf der Oberfläche der Zielscheibe bestimmt werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden Störungen durch Fremdlicht weitgehend ausgeschlossen, so dass keine oder nur kleine Schutzblenden etwa im Bereich der optischen Lin sen der Winkelsensoren erforderlich sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lie fern die Winkelsensoren zusätzlich eine analoge Hellig keitsinformation. Falls die Helligkeit der Wurfpfeile etwa aufgrund einer Reflexion externer Lichtquellen, diejenige der den Hintergrund bildenden Lichtquelle überschreitet und damit diese überstrahlt, wird der Helligkeitsunterschied erkannt und ebenfalls als Winkelinformation behandelt, so dass auch in derartigen, wenn auch höchst unwahrscheinli chen Situationen, eine sichere Detektion das Pfeiles ermög licht wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der Un teransprüchen hervor.

Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:

Fig. 1a eine Illustration einer Situation, bei der die De tektion von drei Pfeilen durch drei Winkelsensoren nicht eindeutig erfolgen kann;

Fig. 1b eine Illustration einer Situation, bei der die De tektion von drei Pfeilen durch vier Sensoren nicht eindeutig erfolgen kann, da ein Pfeil auf der Li nie Winkelsensor - Winkelsensor liegt;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Trefferanzeige gemäß der Erfindung mit halbdurch lässigen beleuchteten Spiegeln, die vor jedem Win kelsensor angeordnet sind;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Trefferanzeige im Bereich der halbdurchlässigen Spiegel;

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Trefferanzeige ge mäß der Erfindung mit zwei Gruppen aus jeweils drei Winkelsensoren; und

Fig. 5 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 4, wo bei jede Gruppe eine eigene Detektionsebene auf weist.

Gemäß Fig. 1a, reichen drei Winkelsensoren S1, S2, und S3 nicht aus, um bei ungünstigen Konstellationen alle drei Pfeile P1, P2 und P3 fehlerfrei detektieren zu können. Der Winkelsensor S1 kann wegen der Verdeckung durch P2 P3 nicht detektieren. Das gleiche gilt auch für S3, da hier P1 den Pfeil P3 verdeckt. Dies ist vor allem bei Turnieren, wo ei ne exakte Punktezählung erforderlich ist, von besonderer Bedeutung. Ahnliche Situationen können, wenn auch seltener, auch bei vier rechteckig angeordneten Winkelsensoren vor kommen. Es lässt sich zeigen, dass bei fünf Winkelsensoren, eine fehlerfreie Detektion aller drei Pfeile unabhängig von der Konstellation gewährleistet ist.

Es lässt sich ebenfalls zeigen, dass bei gerader Winkelsen soranzahl und äquidistanter Anordnung der Winkelsensoren immer mindestens eine Winkelsensor-Winkelsensor- Verbindungslinie über die Zielscheibe (Z) führt. Dies ist für den Fall, dass vier Winkelsensoren vorgesehen sind, in Fig. 1b illustriert. Ein auf der Verbindungslinie S1 - S3 befindlicher Pfeil ist somit nicht detektierbar, da der zur Detektion erforderliche Schatten bereits durch die dunkle Linse des gegenüberliegenden Winkelsensors (z. B. S3) vorge täuscht wird.

Das gleiche Problem kann auch bei drei Winkelsensoren auftre ten, wenn der Abstand der Winkelsensoren zur Mitte der (als kreisförmig angenommenen) Zielscheibe (Z) geringer ist als der Zielscheibendurchmesser. Dann führen auch in diesem Fall die Verbindungslinien zwischen den Winkelsensoren über die Zielscheibe mit den oben beschriebenen Konsequenzen.

Allgemein gilt bei äquidistanter Anordnung einer ungeraden Anzahl von n Winkelsensoren (n<1), dass alle Verbindungslini en außerhalb der Zielscheibe legen, wenn der Abstand a der Winkelsensoren zur Zielmitte mindestens 1/sin(90°/n) Ziel scheibenradien r beträgt, also a = 2r für n = 3, a = 3,24r für n = 5, a = 4,49r für n = 7 usw. In der Praxis spielen derartige Konfigurationen kaum eine Rolle, da sich dadurch die Abmessungen der Vorrichtung erhöhen, bei einem gleichzei tigen Verlust an Genauigkeit und Auflösung. Deswegen wird er findungsgemäß wie folgt vorgegangen:
Gemäß Fig. 2 werden um die Zielscheibe in den Ecken eines Quadrates vier Winkelsensoren S1, S2, S3, und S4 angeordnet. Die Winkelsensoren enthalten jeweils einen CCD-Chip mit eini gen tausend Einzelsensoren, vor denen eine Linse angeordnet ist. Hiermit lässt sich eine Genauigkeit der Ermittlung des Auftreffpunktes eines Pfeiles im Bereich von einem Zehntel Millimeter erreichen. Unmittelbar vor jedem Winkelsensor wird auf der Verbindungslinie zwischen dessen Linse und der Linse des diagonal gegenüberliegenden Winkelsensors je ein halb durchlässiger Spiegel M angeordnet. Wie aus Fig. 3 hervorgeht beträgt der Winkel zwischen einem Spiegel M und der Verbin dungslinie zweier gegenüberliegenden Winkelsensoren 45°. Un terhalb der Spiegel M ist eine Lichtquelle L1, L2, L3 bzw. L4 angeordnet. Ein auf der Winkelsensor-Winkelsensor- Verbindungslinie eintreffender Pfeil P schattet für jeden der beiden Sensoren S1 und S3 das von dem gegenüberliegenden Spiegel kommende gespiegelte Licht ab, so daß jeder Sensor den Pfeil P detektiert.

Alternativ können die verschiedenen bei jedem Winkelsensor notwendigen halbdurchlässigen Spiegel zu einem kegel stumpfförmigen Rundspiegel, bevorzugt aus Plexiglas oder Ma krolon, vereinigt werden. In diesem Fall kann die gesamte Hintergrundhelligkeit durch Lichteinspiegelung über den Rund spiegel zur Verfügung gestellt werden. Dies kann durch eine kreisringförmige Lichtquelle, etwa eine Leuchtstoffröhre und insbesondere eine Neonröhre, die rings um die Zielscheibe an gebracht ist, realisiert werden.

Auch eine indirekte Beleuchtung, z. B. durch eine ringförmige Diffusionsscheibe, die im Rundspiegel abgebildet wird, ist als weitere Variante denkbar. Diese Diffusionsscheibe kann bezüglich der Zielscheibe vorder- oder rückseitig montiert sein.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung mit zwei um 60° zueinander versetzten Gruppen A und B aus jeweils drei äquidistant an geordneten Winkelsensoren S1(A), S2(A), S3(A) und S1(B), S2(B), S3(B). Eine Anordnung dieser Art hat den Vorteil, dass die Genauigkeit der Ermittlung des Auftreffpunktes er höht wird, da die beiden Gruppen unabhängig voneinander ei nen Pfeil detektieren.

Dadurch können bei einer gleichzeitigen Erhöhung der Genau igkeit und der Zuverlässigkeit die oben erwähnten Abdeck probleme eliminiert werden.

Die einzelnen Gruppen der Sensoren sind in unterschiedli chen parallelen Ebenen E1 und E2 angeordnet, die - vgl. Fig. 5 -, einen geringen Abstand (z. B. drei Millimeter) von einander haben.

Fig. 5 zeigt einen schräg in der Zielscheibe Z steckenden Pfeil P. Diese Anordnung erlaubt es, den exakten Auftreff punkt eines Pfeiles zu bestimmen, da sich dieser aus den Koordinaten zweier Punkte entlang der Pfeilspitze in den Ebenen E1 und E2 und der somit bekannten Neigung des Pfei les berechnen lässt.

Auch wenn im Vorhergehenden die Erfindung lediglich anhand des Dartspieles erläutert wurde, so kann diese selbstver ständlich auch in Verbindung mit anderen Pfeilspielen oder Sportarten eingesetzt werden, so z. B. beim Sportbogen schießen.

Claims

1. Vorrichtung zum Ermitteln des Auftreffpunktes von eine Spitze aufweisenden Wurfpfeilen (P) auf einer ebenen Zielscheibe (Z),
mit mindestens einer Lichtquelle, die auf einer Seite der Zielscheibe (Z) außerhalb dieser angeordnet ist,
mit einer auf der gegenüberliegenden Seite der Zielscheibe (Z) angeordneten optischen Sensoreinrichtung, die auf die zumindest eine Lichtquelle ausgerichtet ist und jeweils ein Meßsignal abgibt, wenn eine Spitze eines in der Zielscheibe (Z) steckenden Wurfpfeiles (P) die Lichtquelle für die Sensoreinrichtung verdeckt,
mit einer Auswerteeinheit, die aus den Meßsignalen der Sensoreinrichtung den Auftreffpunkt eines Wurfpfeiles auf der Zielscheibe (Z) ermittelt,
mit einer stationär angeordneten Lichtquelle, die eine bandförmige Leuchtfläche aufweist, welche Licht über die gesamte Zielscheibe (Z) in einer Ebene abgibt, die parallel zur Oberfläche der Zielscheibe (Z) liegt und die Spitzen von in der Zielscheibe (Z) steckenden Wurfpfeilen (P) schneidet,
mit in der Sensoreinrichtung enthaltenen Winkelsensoren (S), die stationär außerhalb der Zielscheibe (Z) jeweils an dem Endpunkt einer linearen Basis mit definierter Länge angeordnet sind und Meßsignale abgeben, die jeweils dem Winkel zwischen der Basis und der Verbindungslinie zwischen Endpunkt der Basis und Spitze eines Wurfpfeiles (P) entsprechen,
wobei die Auswerteeinheit aus den Meßsignalen der Winkelsensoren (S) und der Länge der Basis durch Triangulation den Auftreffpunkt des Wurfpfeiles (P) auf der Zielscheibe (Z) bestimmt, nach Patent . . . (Patentanmeldung 197 01 781.9-15), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung mindestens vier Winkelsensoren (S) enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung fünf Winkelsensoren (S) enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung mindestens sechs Winkelsensoren (S) enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelsensoren (S) in mindestens zwei Sensorgruppen (A, B) aufgeteilt sind, die unabhängig voneinander detektieren.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorgruppen in unterschiedlichen parallelen Ebenen angeordnet sind, die einen geringen Abstand voneinander haben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sechs Winkelsensoren vorgesehen sind, die in zwei Gruppen aus jeweils drei Winkelsensoren aufgeteilt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelsensoren (S) äquidistant angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelsensoren (S) jeder Sensorgruppe äquidistant angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelsensoren zusätzlich die Intensität des empfangenden Lichtes detektieren, und dass in der Auswerteeinheit die Intensität des empfangenden Lichtes mit derjenigen der zumindest einen Lichtquelle verglichen wird.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor jedem Winkelsensor (S) ein für diesen Winkelsensor durchsichtiger halbdurchlässiger Spiegel (M) angeordnet ist, dessen einem gegenüberliegenden Winkelsensor zugewandte Seite durch eine Lichtquelle (L) derart beleuchtet ist, so dass der gegenüberliegende Winkelsensor das Spiegelbild der Lichtquelle (L) an der (Winkel)Position des ersten Winkelsensors wahrnimmt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen dem halbdurchlässigen Spiegel (M) und der Verbindungslinie zwischen zwei Winkelsensoren (S) 45° beträgt und dass die Strahlen der Lichtquelle (L) senkrecht zu dieser Verbindungslinie verlaufen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die halbdurchlässigen Spiegel (M) zu einem die Zielscheibe umgebenden kegelstumpfförmigen Rundspiegel vereinigt sind, und dass rund um die Zielscheibe (Z) eine kreisringförmige Lichtquelle (L) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmige Lichtquelle (L) eine Neonröhre ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, dass die halbdurchlässigen Spiegel (M) aus Plexiglas hergestellt sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, dass die halbdurchlässigen Spiegel (M) aus Makrolon hergestellt sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmige Lichtquelle (L) eine bezüglich der Zielscheibe (Z) vorder- oder rückseitig montierte und durch mindestens eine Lichtquelle beleuchtete Diffusionsscheibe ist, die im Rundspiegel abgebildet wird.