DE3623423A1 - Sensor system for positioning a travelling trolley or a rail-guided crane - Google Patents

Abstract

For the purpose of the exact recording of positions of a travelling trolley or of a rail-guided crane, it is proposed to arrange a laser invariably at each of the opposite ends of a travelling-trolley or crane track and to cause the travelling trolley or crane to carry a two-sided reflector in the beam path of each laser, an evaluation unit being connected to the lasers and to the signal receivers for the reflected laser beams, as a result of which the position values can be determined and output. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein berührungslos arbeitendes Sensor-System zum Erfassen von Positionen einer Laufkatze oder eines schienengeführten Kranes.The invention relates to a contactless working Sensor system for detecting the positions of a trolley or a rail-guided crane.

Die Leistungsfähigkeit von Container-Kai-Kranen wird wesentlich durch die Zeit mit beeinträchtigt, die zum Positionieren der Laufkatze bzw. des schienengeführten Kranwerks erforderlich ist. Es sind daher schon viele Versuche unternommen worden, um die exakte Positionierung von Laufkatzen oder schienengeführten Kranen ohne längere Rangiertätigkeit gewährleisten zu können.The performance of container quay cranes will significantly affected by the time it took to Position the trolley or the rail-guided Crane plant is required. So there are Many attempts have been made to get the exact Positioning trolleys or rail-guided To ensure cranes without long shunting can.

So ist bereits vorgeschlagen worden, die Positionserfassung des Kranes inkremental durch Impulsgeber erfolgen zu lassen. Um eventuell auftretende Fehler durch Gleiten der Fahrwerksräder korrigieren zu können, müssen jedoch entlang der Katz- und Kranfahrbahn Codeplatten installiert werden, die bei Überfahren durch Näherungsinitiatoren die Wegerfassung synchronisieren. Zur absoluten Normierung muß nach Einschalten der Anlage pro Achse ein absoluter Meßpunkt überfahren werden. Die Rastermaßstäbe werden in der Praxis hauptsächlich optisch mittels Photodetektoren oder magnetisch unter Ausnutzung des Hall-Effekts abgetastet. Position detection has already been proposed of the crane are done incrementally by pulse generators allow. For any errors that may occur to be able to correct it by sliding the landing gear wheels, however, must travel along the trolley and crane lane Code plates to be installed when run over synchronize the path detection by proximity initiators. For absolute standardization after switching on drive an absolute measuring point per axis will. The grid scales are in the Practice mainly optically using photodetectors or scanned magnetically using the Hall effect.  

So sind beispielsweise zur Positionserfassung und Bestimmung von Kranen an beiden Fahrbahnen an den einzelnen Positionen Magnete eingelassen. Die Lage dieser Magnete wird über Hall-Sonden am Kranfuß erfaßt und damit vom Rechner die Position bestimmt. Damit die Position eindeutig festgelegt werden kann, muß die Brücke nach dem Einschalten des Rechners erst über eine absolut codierte Position fahren. Für diese Synchronisation sind bestimmte Stellen, z. B. jede zehnte Position, durch zusätzliche Magnete absolut codiert. Wenn der gesamte Code ansteht, bewirkt ein kurzer Leseimpuls eines einzelnen Magneten die Aufnahme der Position in den Rechner. Von da an bestimmt der Rechnung durch Zählen der Markierungen in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung die Koordinaten. Die Fahrtrichtung wird aus den Vorwärts- bzw. Rückwärtsimpulsen eines Winkelschrittgebers abgeleitet.For example, for position detection and determination of cranes on both lanes on the individual Positions in magnets. The location of this Magnets are detected using Hall probes on the crane base and thus determines the position of the computer. In order to the position can be clearly defined the bridge after switching on the computer drive over an absolutely coded position. For this Synchronization are certain places, e.g. B. each tenth position, absolutely by additional magnets coded. If the entire code is pending, causes a short reading pulse from a single magnet recording the position in the calculator. From then on, the Calculation by counting the markings depending the coordinates from the direction of travel. The Direction of travel becomes from the forward or backward impulses derived from an angle encoder.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein berührungslos arbeitendes Sensorsystem zu schaffen, was nur einen geringen apparativen Aufwand erfordert, das redundant ist sowie weitgehend verschleißfrei arbeitet, ohne daß eine Synchronisierung erforderlich ist.The invention has for its object a non-contact working sensor system to create what requires little equipment, that is redundant and works largely without wear, without synchronization.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten System dadurch gelöst, daß jeweils ein Laser an den gegenüberliegenden Enden der Laufkatzen- oder Kranbahn unveränderbar angeordnet ist und die Laufkatze bzw. der Kran einen doppelseitigen Reflektor im Strahlengang jedes Lasers aufweist und daß eine Auswerteinheit mit den Lasern und den Signalempfängern für die reflektierten Laserstrahlen verbunden ist, die die Positionswerte bestimmt und ausgibt. This task is carried out in the system mentioned at the beginning solved in that one laser at the opposite Ends of the trolley or crane track is arranged unchangeably and the trolley or the crane uses a double-sided reflector in the beam path each laser and that an evaluation unit with the lasers and the signal receivers for the reflected laser beams, which is the Determines and outputs position values.  

Das erfindungsgemäße System arbeitet demnach mit zwei Laser-Distanzmeßgeräten und einem doppelseitigen Reflektor.The system according to the invention therefore works with two Laser distance measuring devices and a double-sided reflector.

Laserstrahl-Positioniereinrichtungen zur Positionierung von in einer Richtung sich bewegenden Objekten sind im Prinzip bekannt. So wird in der DE-OS 29 47 955 eine solche Einrichtung für Eisenbahnfahrzeuge oder Behälter wie Container beschrieben. An dem zu positionierenden Objekt ist eine Laserstrahl-Abtastvorrichtung angebracht, die senkrecht zur Positionierungseinrichtung einen Strahl aussendet, der entlang einer ersten optischen Achse verschwenkt wird. Beim Auftreffen des Laserstrahls auf einen stabförmigen Reflektor am feststehenden Objekt ergibt sich ein Lichtstrich, der zur Abtastvorrichtung unter einem der Ablage von der Sollposition entsprechenden Verschwenkwinkel hin reflektiert wird, wo er mit einem vorgegebenen Sollwert in einer Steuer- und Anzeigeelektronik verglichen bzw. zur Positionierung des zu verfahrenden Objekts verwendet wird. Gleichfalls ist es bekannt, die Laserstrahlabtastvorrichtung feststehend anzuordnen und den stabförmigen Reflektor an dem zu positionierenden, in einer Richtung verfahrbaren Objekt anzubringen.Laser beam positioning devices for positioning of objects moving in one direction are known in principle. So in DE-OS 29 47 955th such a facility for railway vehicles or Containers described as containers. On the one to be positioned Object is a laser beam scanner attached, perpendicular to the positioning device emits a beam that goes along one first optical axis is pivoted. When it hits of the laser beam onto a rod-shaped reflector on the fixed object there is a Streak of light leading to the scanner under one the swivel angle corresponding to the storage from the target position where it is reflected with a predetermined setpoint in a control and display electronics compared or to the positioning of the moving object is used. Likewise is it is known to fix the laser beam scanner to arrange and the rod-shaped reflector the one-way to be positioned Attach object.

Da jedoch die Meßwerterfassung mit einem zu großen Meßfehler behaftet war, sind diese bei Eisenbahnwagen bekannten Laserstrahlpositionierungseinrichtungen erst gar nicht auf Krane und Laufkatzen übertragen worden. Zu einer absoluten Positionierung von Laufkatzen bzw. Kranen hätten somit zusätzliche Sensorsysteme eingesetzt werden müssen, um eine ausreichend exakte Laufkatzen- bzw. Kranführung zu erhalten. However, since the measured value acquisition is too large Measurement errors were associated with railroad cars known laser beam positioning devices not at all transferred to cranes and trolleys been. For an absolute positioning of trolleys or cranes would therefore have additional sensor systems must be used in order to be sufficient to get exact trolley or crane guidance.  

Der dann erforderliche apparative Aufwand hätte jedoch in keinem Verhältnis zu dem erzielbaren Ergebnis gestanden, so daß bei gattungsgemäßen Vorrichtungen weiterhin inkremental durch Impulsgeber die Position erfaßt bzw. bestimmt wird.The equipment outlay then required would, however, disproportionate to the achievable result, so that in generic devices the position continues to be incremental is recorded or determined.

Durch die Verwendung von zwei Lasern wird hingegen der Meßfehler so stark minimiert, daß die gesamte Fahrbahnlänge absolut codiert ist, ohne daß Korrekturfahrten notwendig werden, da Anfahrkurven nur von einem System abhängig sind. Das erfindungsgemäße Lasersystem benötigt zudem keine mechanisch vorgegebenen absoluten Positionen mehr und es können durch einfache Programmänderung, d. h. durch Parameteränderung, jederzeit die Aufnahme- und Absetzpositionen geändert werden.By using two lasers, however the measurement error minimized so much that the entire Lane length is absolutely coded without corrective runs become necessary since approach curves only from depend on a system. The laser system according to the invention also does not need any mechanically predetermined absolute positions more and it can go through simple program change, d. H. by changing parameters, the pick-up and drop-off positions at any time be changed.

Ein Ausführungsbeispiel ist schematisch in der beiliegenden Zeichnung dargestellt. Die Kranbahn 1 besteht aus zwei Schienen 1′, 1′′, wobei an den Enden der Schiene 1′ jeweils ein Laser 2, 3 angeordnet ist. Die Katze 4 ist entlang der Kranbahn 1 verschiebbar und trägt an ihrer einen Seite 4′ einen doppelseitigen Reflektor 5, der sich im Strahlengang beider Laser 2 und 3 befindet. Als Reflektor kann im Prinzip jeder beliebige Flächenreflektor eingesetzt werden.An embodiment is shown schematically in the accompanying drawing. The crane runway 1 consists of two rails 1 ', 1'' , a laser 2, 3 being arranged at the ends of the rail 1' . The cat 4 is movable along the crane runway 1 and carries on one side 4 ' a double-sided reflector 5 , which is located in the beam path of both lasers 2 and 3 . In principle, any surface reflector can be used as a reflector.

Die Erfindung zwischen dem Laser 2 und dem Laser 3 beträgt s, so daß sich aus den beiden Abständen vom doppelseitigen Reflektor zum Laser 2 einerseits und dem doppelseitigen Reflektor zum Laser 3 andererseits die Strecke s unter Vernachlässigung der Dicke des doppelseitigen Reflektors aus der Summe der Abstände s₁ und s₂ ergibt. Erfindungsgemäß ist s konstant. The invention between the laser 2 and the laser 3 is s so that from the two distances from the double-sided reflector for laser 2 on the one hand and the double-sided reflector for laser 3 on the other hand, the distance s while neglecting the thickness of the double-sided reflector of the sum of the distances s ₁ and s ₂ results. According to the invention, s is constant.

Das von jedem Laser ausgesandte Signal wird reflektiert, erfaßt und von einer nicht dargestellten Auswerteinheit als absoluter Entfernungswert zur Weiterverarbeitung bereitgestellt. Die gemessenen Entfernungswerte s₁′ (zwischen Laser 2 und Reflektor) und s₂′ (zwischen Laser 3 und Reflektor) werden im Rechner der Auswerteinheit zur Positionierung aufbereitet. Hierfür gilt:The signal emitted by each laser is reflected, recorded and made available by an evaluation unit (not shown) as an absolute distance value for further processing. The measured distance values s ₁ '(between laser 2 and reflector) and s ₂' (between laser 3 and reflector) are prepared for positioning in the computer of the evaluation unit. The following applies:

s₁′ + s₂′ - d = s s ₁ ′ + s ₂ ′ - d = s

wobei die Abweichung d sich aus den Fehlern in den Messungen ergibt.where the deviation d results from the errors in the measurements.

Solange die Abweichung d eine vorgegebene Konstante c (maximal zulässiger Fehler) nicht überschreitet, werden die Messungen s₁′ und s₂′ korrigiert und zur Positionierung herangezogen.As long as the deviation d does not exceed a predetermined constant c (maximum permissible error), the measurements s ₁ 'and s ₂' are corrected and used for positioning.

Die Korrektur der gemessenen Entfernungswerte s₁′ und s₂′ erfolgt proportional zu den Entfernungen:The measured distance values s ₁ ′ and s ₂ ′ are corrected in proportion to the distances:

s = s₁′ - ds₁′/(s₁′ + s₂′) + s₂′ - ds₁′/(s₁′ + s₂′)
s = s₁′ (1 - d/(s₁′ + s₂′)) + s₂′ (1 - d/(s₁′ + s₂′)) s = s ₁ ′ - ds ₁ ′ / (s ₁ ′ + s ₂ ′) + s ₂ ′ - ds ₁ ′ / (s ₁ ′ + s ₂ ′)
s = s ₁ ′ (1 - d / (s ₁ ′ + s ₂ ′)) + s ₂ ′ (1 - d / (s ₁ ′ + s ₂ ′))

Daraus leitet sich ab:From this it is derived:

s₁′′ = s₁′ (1 - d/(s₁′ + s₂′))
s₂′′ = s₁′ (1 - d/(s₁′ + s₂′)) s ₁ ′ ′ = s ₁ ′ (1 - d / (s ₁ ′ + s ₂ ′))
s ₂ ′ ′ = s ₁ ′ (1 - d / (s ₁ ′ + s ₂ ′))

Somit ist:So:

s = s₁′′ + s₂′′ s = s ₁ ′ ′ + s ₂ ′ ′

Das Ergebnis s₁′′ bzw. s₂′′ ergibt dann die Position während der Fahrt und beim Zielpositionieren.The result s ₁ '' or s ₂ '' then gives the position while driving and when positioning the target.

Wenn die Abweichung d größer oder gleich der vorgegebenen Konstante c ist, wird der Fehler nicht mehr in einer Korrekturrechnung berücksichtigt. Es erfolgt eine Fehlermeldung und eine logische Prüfung beider Laser.If the deviation d is greater than or equal to the predetermined constant c , the error is no longer taken into account in a correction calculation. There is an error message and a logical check of both lasers.

Zum Schutz gegen Laserstrahlen wird der Laser entweder so angebracht, daß er nicht im Personenbereich arbeitet oder er wird durch halboffene Rohre abgedeckt, wobei gleichzeitig Umwelteinflüsse eliminiert werden.To protect against laser rays, the laser is either attached so that it is not in the personal area works or is through half-open pipes covered, while at the same time eliminating environmental influences will.

Claims (1)

Berührungslos arbeitendes Sensor-System zum Erfassen von Positionen einer Laufkatze oder eines schienengeführten Kranes, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Laser (2,3) an den gegenüberliegenden Enden der Laufkatzen- oder Kranbahn (1) unveränderbar angeordnet ist und die Laufkatze (4) bzw. der Kran einen doppelseitigen Reflektor (5) im Strahlengang jedes Lasers aufweist und daß eine Auswerteinheit mit den Lasern (2, 3) und den Signalempfängern für die reflektierten Laserstrahlen verbunden ist, welche die Positionswerte bestimmt und ausgibt.Contactlessly operating sensor system for detecting positions of a trolley or a rail-mounted crane, characterized in that a respective laser (2,3) is disposed unchangeably on the opposite ends of the Laufkatzen- or crane track (1) and the trolley (4) or the crane has a double-sided reflector ( 5 ) in the beam path of each laser and that an evaluation unit is connected to the lasers ( 2, 3 ) and the signal receivers for the reflected laser beams, which determines and outputs the position values.