DE3739597A1 - Apparat zur absicherung von fahrzeugen mittels ultraschall-sensoren - Google Patents

Description

Insbesondere in der Automobilindustrie wird vielfach dazu überge­ gangen, auf starre Förderbänder oder Fließbänder zu verzichten. Vielmehr werden z. B. die Rohkarosserien durch Förderfahrzeuge transportiert, die üblicherweise spurgeführt sind, beispielsweise auf einer Induktionsschleife fahren.

Um diese führerlosen Transportsysteme (FTS-Fahrzeuge) gegen Un­ fälle und/oder Kollisionen abzusichern, ist es Stand der Technik, um die Fahrzeuge herum eine stoßempfindliche Leiste anzubringen, die bei Berührung mit einem Objekt einen Impuls abgibt, durch den das Fahrzeug angehalten wird. Weiter ist es üblich, über Spiegel­ systeme einen umlaufenden Lichtstrahl um das Fahrzeug herumzu­ führen, wobei bei Unterbrechung des Lichtstrahles ebenfalls ein Haltebefehl ausgelöst wird.

Außerdem gibt es verschiedene Vorschläge, mit Hilfe von Ultraschall-Impuls-Echo-Sensoren das FTS-Fahrzeug zu über­ wachen.

In der deutschen Patentanmeldung P 37 01 521.4 aus 1986 ist eine Anordnung beschrieben, bei der das Fahrzeug durch eine Vielzahl von Ultraschallsensoren abgesichert wird, wobei durch ver­ schiedene Maßnahmen erreicht wird, daß mehrere Fahrzeuge gleich­ zeitig und parallel betrieben werden können.

Da es heute üblich ist, daß die FTS-Fahrzeuge durchweg kleiner sind als die auf den Fahrzeugen transportierten Rohkarosserien ergibt sich folgendes Problem:

Die Sensoren sind zwingend am FTS-Fahrzeug befestigt. Die Unterseite der Karosserie erzeugt prinzipiell ein Echo, das selbstverständlich ignoriert werden muß. An den Seiten des Fahr­ zeuges wäre dieses möglich, indem Echos erst dann als Objekte identifiziert werden, wenn diese eine gewisse Mindestentfernung vom Sensor haben. Wird diese unterschritten, wird das Echo nicht akzeptiert. Da die von der Karosserie zurückgeworfenen Echos durchweg aus dem Nahbereich stammen, wäre dies ein denkbarer Weg.

Die Fig. 1 zeigt prinzipiell, wie sich das Problem darstellt. Auf dem in der Regel sehr glatten und ebenen Fußboden (1) fährt das FTS-Fahrzeug (2). Auf dem FTS-Fahrzeug steht die Karosserie (3).

Die Fig. 2 zeigt schematisch die Draufsicht. Es ist erkennbar, daß das FTS-Fahrzeug (4) deutlich kleiner ist als die Roh­ karosserie (5). Bemerkenswert ist die gabelförmige Montageaussparung am Bug des Fahrzeuges. In diese Aussparung wird von vorn eine motor­ getriebene Achse usw. montiert.

Hier besteht die Notwendigkeit, einen Arbeiter zu erkennen, der sich beispielsweise in dieser Zone aufhält. Hier ist es selbst­ verständlich nicht erlaubt, Ziele im Nahbereich auszublenden, da der Aufenthaltsort einer Person gerade in diesem Nahbereich sein kann.

Hier zeigt die nachstehend beschriebene Erfindung einen Lösungs­ weg auf, der einerseits die vorhandenen Ziele ignoriert, anderer­ seits jedoch wirkungsvoll und zuverlässig das Eindringen von Personen und/oder Gegenständen in den Schutzraum sensiert.

Fig. 3 zeigt den schematischen Verlauf einer typischen Echo-Kurve. Am Anfang ist deutlich der Sendeimpuls erkennbar. Im unmittelbaren Nahbereich werden ebenfalls einige Echos registriert. Im mittleren Bereich dagegen werden nur vereinzelte Echos registriert.

Dieser Echozug wird erfindungsgemäß mit einem schnellen Digital/Analog-Wandler digitalisiert und im Arbeitsspeicher eines Mikrocomputers abgelegt.

Jeder neue Echozug wird mit dem bereits vorhandenen Echozug ver­ glichen.

Sofern keine nennenswerte Abweichung erfolgt, wird aus dem ak­ tuellen Echozug und dem vorhandenen Echozug jeweils ein Mittel­ wert gebildet, der als neuer Referenzwert seinerseits abge­ speichert wird. Vereinfacht gesagt "lernt" der Sensor somit seine Umgebung kennen.

Abweichungen, die außerhalb eines Toleranzbandes liegen, werden vom Programm addiert. Vereinfacht gesagt wird also die zu überwachende Strecke, z. B. eine Entfernung von 2,5 m entsprechend, in eine prinzipiell beliebige Anzahl von Einzelsektoren unterteilt. In der Fig. 3 sind beispielsweise 18 Sektoren aufgezeigt. In jedem Sektor wird die aktuelle Echoamplitude mit dem vorge­ speicherten Wert verglichen. Tritt eine Differenz auf, so wird der Differenzwert in eine Absolutzahl verwandelt, d. h. es spielt keine Rolle, ob die Abweichung positiv oder negativ ist. Ein abgeschattetes Echo wird daher genauso bewertet und erkannt wie ein neu auftretendes Echo.

Das Programm addiert weiter die Absolutwerte in einem eigenen Register. Nach jedem Arbeitsgang überprüft das Programm das Register. Über­ steigt der Wert eine bestimmte, frei festlegbare Grenze, wird Alarm ausgelöst.

Um einen gewissen Schutz vor Fehlalarme zu haben, ist es selbst­ verständlich möglich, diesen Alarm erst dann durchzuschalten, wenn er in einer bestimmten Zahl hintereinander aufgetreten ist, beispielsweise 5mal.

In Fig. 4 ist eine mögliche Schaltungsausführung beschrieben. 3 Wandler (10) sind in unterschiedlichen Winkeln so angebracht, daß sie einen möglichst weiten Bereich bestreichen.

In der beschriebenen Ausführung sind die Schallwandler sowohl als Sender als auch als Empfänger geschaltet. Selbstverständlich ist es möglich, separate Sender und Empfänger zu benutzen. Der Sender wird durch einen kurzen Impuls, der üblicherweise aus mehreren Schwingungen besteht, des Senders (18) angeregt. Der Sendeimpuls gelangt über einen Widerstand und über zwei antiparallelgeschaltete Dioden an die Sendekapsel, die gleich­ zeitig Empfängerkapsel ist.

Eventuelle Echos gelangen über einen Verstärker (11) und über ein schmalbandiges Filter nebst Logarithmierverstärker und Demodulator (12) auf eine RC-Kombination (13), wo die einzelnen Echosignale addiert werden. Ein gesteuerter A/D-Wandler (14) detektiert die jeweilige Echoamplitude und transportiert diesen Wert über einen Mikroprozessor (16) zum Arbeitsspeicher (17) des Mikroprozessors.

Die Verarbeitung der Daten im Mikroprozessor erfolgt über die Rechenanweisung, die im ROM (15) des Mikroprozessors abgelegt ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Lern­ vorgang ausgelöst, wenn ein anderer Melder mitteilt, daß eine Karosserie auf das FTS-Fahrzeug aufgesetzt worden ist.

Der unmittelbar darauf einsetzende "Lernvorgang" muß ab­ geschlossen sein, bevor der Start des FTS-Fahrzeuges freigegeben werden kann. Dazu dienen verschiedene Meldeleitungen (18, 19, 20), die die Kommunikation des Sensors mit dem Fahrzeug ermöglichen.

Claims (6)

1. Sensor zur Überwachung von Fahrzeugen, Robotern und Automaten im Sinne einer Sicherheitseinrichtung, wobei mit Hilfe eines Schallwandlers ein Ultraschallimpuls ausgesendet wird, wobei von Personen reflektierte Impulse als Echo wieder empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar oder eine geringe Zeitspanne nach Beginn der Aussendung des Sendeimpulses konti­ nuierlich und in einer frei festgelegten Abfolge, z. B. einer Schallaufzeit von 1 cm entsprechend, die jeweilige Echoamplitude von einem schnellen A/D-Wandler abgefragt wird. Der ermittelte Wert wird mit Hilfe eines Mikroprozessors zwischengespeichert, mit dem Ziel, in dem darauffolgenden Arbeitszyklus die ge­ speicherten Werte mit den jeweils aktuellen Werten zu ver­ gleichen, wobei jede Abweichung (positiver oder negativer Dif­ ferenzbetrag) in einen Absolutwert gewandelt wird, wobei diese Einzelabweichung im Verlaufe des Echozuges addiert wird, mit dem Ergebnis, daß bei Überschreiten einer bestimmten frei fest­ gelegten Summe der Abweichungen Alarm ausgelöst wird, wobei dies erst nach Aufforderung durch einen dafür vorgesehenen Kontakt erfolgt.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Echo­ verlaufskurve sich nicht aus einem einzigen Echozug ergibt, sondern vielmehr als Mittelwert einer Vielzahl von Echozügen vom Mikroprozessor errechnet wird und in einem gesonderten Arbeits­ speicher abgelegt wird.

3. Sensor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Abweichungen erst dann einen melderelevanten Beitrag zu einer Alarmsumme leisten, wenn sie aus einem aus den vorangehenden Messungen rechnerisch ermittelten Toleranzband herausfallen (Min/Max-Kurve).

4. Sensor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Abweichungen von der Echo-Sollkurve erst dann addiert werden, wenn der Differenzbetrag eine bestimmte, frei festgelegte Größe überschreitet.

5. Sensor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neufestlegung der Vergleichskurve von außen gesteuert immer dann erfolgt, wenn beispielsweise durch Montageschritte eine Änderung der Kurve erforderlich wird.

6. Sensor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Senderate nicht in einem konstan­ ten Zeitraster erfolgt, sondern diskontinuierlich und programm­ gesteuert mit dem Ziel, eine gewisse Codierung zu erreichen.