DE2459358A1

DE2459358A1 - Vorrichtung zur erfassung einer reflektierenden substanz auf einem traegerkoerper

Info

Publication number: DE2459358A1
Application number: DE19742459358
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Jumonji; Shigeyoshi Kawano; Masayoshi Sunanda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-12-17
Filing date: 1974-12-16
Publication date: 1975-06-19
Also published as: DE2459358B2; US3977792A; JPS5089786A; JPS5610643B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung einer reflektierenden Substanz, Fläche oder dgl. in der Form eines langen Bandes (im folgenden als Gegenstand bezeichnet), insbesondere für ein automatisches Führen eines Kurvenfolger oder -abtasters oder Lenken eines optisch gesteuerten oder gelenkten unbemannten Transportfahrzeuges.

' Eine Vorrichtung zur Erfassung reflektierender Gegenstände kann nicht nur bei einem Kurvenfolger oder -abtaster oder einem optisch gelenkten unbemannten Transportfahrzeug, sondern auch in zahlreichen an-

8l-(A623-02)-Ko-r (8)

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deren Fällen angewendet worden j zur Vereinfachung werden die Erfindung und eine herkömmliche Vorrichtung hier jedoch nur an einem optisch gelenkten unbemannten Transportfahrzeug erläutert.

Die Lenkvorrichtungen unbemannter Transportfahrzeuge werden in drei Gruppen eingeteilt: elektromagnetische Lenkvorrichtungen, magnetische Lenkvorrichtungen und optische Lenkvorrichtungen. Von diesen drei Gruppen sind die optischen Lenkvorrichtungen am vorteilhaftesten, da bei diesen Vorrichtungen die Bahn durch eine so einfache Einrichtung wie lediglich die Anordnung eines Reflektors, wie beispielsweise eines Aluminiumbandes, auf der Bahnoberfläche vorbereitet werden kann. Die optischen Lenkvorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß oft ein Fehler auftritt, was auf deren ungewissem optischem Erfassen beruht. Dies hat seine Ursache hauptsächlich darin, daß ein genaues Erfassen des reflektierenden Gegenstandes aufgrund einer Zerstörung oder Beschädigung der Reflektivität oder des Reflexionseffektes des reflektierenden Gegenstandes schwierig wird, was auf Schmutz beruht, der sich auf dem reflektierenden Gegenstand während eines langen Gebrauchs ansammelt. Wenn die Erfassungsgenauigkeit durch einige Kunstgriffe erhöht wird,, kann die Häufigkeit eines fehlerhaften Betriebes aufgrund anderer Faktoren ebenfalls zunehmen.

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch die optischen Teile einer Vorrichtung zur Erfassung reflektierender Gegenstände. Eine Lichtquelle 1, z. B. eine Wolfram- oder Fluoreszenz-Lampe, wirft Licht auf eine Oberfläche 3 einer Bahn mit einem darauf vorgesehenen bandförmigen reflektierenden Gegenstand 2 (im folgenden als Reflektor bezeichnet), wie dies durch einen Pfeil angedeutet ist. Eine Haube 4, auf deren Boden ein Lichtfüh-

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ler 5, -wie beispielsweise ein Silicium-Fotodetektor oder ein CdS-Fotoelement, vorgesehen ist, verhindert, daß der Lichtfühler 5 unerwünschtes äußeres Licht (Streulicht) empfängt. Eine Lichtfühlereinheit 6 besteht aus mehreren Lichtfühlern D bis D , die jeweils dem Lichtfühler 5 entsprechen. Ein mit der Lichtquelle 1, der Haube 4 und der Lichtfühlereinheit 6 ausgestattetes unbemanntes Transportfahrzeug fährt entlang einer mit dem Reflektor 2 ausgestatteten Bahn. Wenn Licht von der Quelle 1 ausgestrahlt wird, empfangen einer oder mehrere Lichtfühler D bis D das vom Reflektor 2 reflektierte Licht. Demgemäß kann die Lage des Fahrzeugs in bezug auf den Reflektor 2 erfaßt werden, indem ermittelt wird, ob die elektrischen Innenwiderstandwerte der Fühler D bis D größer als ein vorbestimmter Bezugswert sind oder nicht. Insbesondere kann das unbemannte Transportfahrzeug automatisch, d. h. unbemannt, entlang des Reflektors 2 fahren, indem das Fahrzeug so gelenkt wird, daß die Abweichung des Fahrzeuges vom Reflektor 2 immer durch Steuerung der Relativlage korrigiert wird.

Wenn der Bezugswert zur Erfassung der reflektierten Lichtmenge auf einen bestimmten Wert eingestellt wird, verursacht dies bei der oben erläuterten Erfassungsvorrichtung die folgenden Nachteile: Inder Fig. 3, die zur Erläuterung dieses Nachteils dient, ist eine Stelle X der am meisten verschmutzte Punkt auf der Bahnoberfläche 3, und eine Stelle Y ist der sauberste Punkt auf der Bahnoberfläche 3. Demgemäß kann angenommen werden, daß der Reflektor 2 in der Stelle X am stärksten verschmutzt ist und die niedrigste Reflektivität aufweist, während er in der Stelle Y mit der höchsten Reflektivität am saubersten ist. In der Fig. 3 sind die Stellen X und Y auf der Abszisse aufgetragen, während die Ordinate die Lichtmengen angibt, die von der

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Bahnoberfläche 3 und dem Reflektor 2 in den Stellen X und Y reflektiert werden. Im folgenden wird erläutert, wie der oben erwähnte Bezugswert I bestimmt wird. Insbesondere muß der Bezugswert I grö-

S X

ßer als der Maximalwert I der von der Bahnoberfläche 3 in der

Γ Ϊ

Stelle Y reflektierten Lichtmenge und kleiner als der Minimalwert Ip_v der vom Reflektor 2 in der Stelle X reflektierten Lichtmenge sein. Wenn der Bezugs wert I außerhalb des oben festgelegten Be-

reiches liegt, kann der Lichtfühler 5 nicht zwischen vom Reflektor 2 und von der Bahnoberfläche 3 reflektiertem Licht unterscheiden. Daher ist der mögliche Bereich, auf den der Bezugs wert I einzustel-

len ist, sehr eng, d. h. er liegt zwischen I und I__v. Der Bezugs-

KX FY

wert I ist insbesondere näher bei I in der Stelle X und bei I

S KX SY

in der Stelle Y. Daher tritt leicht ein fehlerhafter Betrieb aufgrund einer Änderung der von der Lichtquelle 1 ausgesandten 'Lichtmenge, der Fluktuation der Abweichung in dem weiter unten erläuterten, die Lichtmenge vergleichenden Abschnitt usw. auf. Um einen derartigen fehlerhaften Betrieb auszuschließen, ist es erforderlich, die Oberfläche 3 der Bahn einschließlich des Reflektors 2 ständig sauberzuhalten. Dies erfordert für die Wartung viel Aufwand und Zeit.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur genauen Erfassung des Reflektors anzugeben, selbst wenn die Oberfläche der Bahn verschmutzt ist oder sich die von der Quelle ausgesandte Lichtmenge ändert; dabei soll ein Bezugswert für eine genaue Erfassung mit der Vorrichtung angegeben werden.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der der Mittelwert der elektrischen Signale von zahlreichen Lichtfühlern be-

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rechnet und mit einem geeigneten Sicherheitsfaktor multipliziert wird, so daß sich der Bezugswert automatisch mit dem Verschmutzungsgrad der Oberfläche ändert.

Bei einer optischen Erfassungsvorrichtung mit mehreren Lichtfühlern und einem auf der Oberfläche einer Bahn vorgesehenen Gegenstand in der Form eines langen Bandes wird der Mittelwert der von den Lichtfühlern erzeugten jeweiligen elektrischen Parametern (Größen) arithmetisch ermittelt, und der Bezugswert wird automatisch entsprechend dem Verschmutzungsgrad der Oberfläche geändert, indem der Mittelwert mit einem bestimmten Sicherheitsfaktor multipliziert wird, so daß eine genaue Erfassung unabhängig vom Verschmutzungsgrad der Bahnoberfläche durchgeführt werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Grundaufbau einer Vorrichtung zur Erfassung reflektierender Gegenstände,

Fig. 2 die relative Anordnung eines reflektierenden Gegenstandes in der Form eines langen Bandes und eine Lichtfühlereinheit ,

Fig. 3 die Beziehungen zwischen der vom reflektierenden Gegenstand reflektierten Lichtmenge und den Erfassungspegeln der Lichtfühlereinheit, und

Fig. 4 eine Schaltung einer Vorrichtung zur Erfassung reflektierender Gegenstände.

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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Reflektor sicher selbst bei Schmutzstellen auf der Bahnoberfläche 3 erfaßt werden, indem zwischen der vom Reflektor 2 und der von der Oberfläche 3 reflektierten Lichtmenge mittels eines relativen Verhältnisses unterschieden wird. Gewöhnlich bringt der verschmutzte Reflektor 2 eine verschmutzte Oberfläche 3 mit sich, so daß die Reflektivität insgesamt in der Schmutzstelle 3 niedrig ist, und die von der Schmutzstelle reflektierte Lichtmenge ist gering. Jedoch ist die Reflektivität des Reflektors oder Spiegels 2 wenigstens einige Male so groß wie die Reflektivität der Oberfläche 3, und daher ist die vom Reflektor 2 reflektierte Lichtmenge ebenfalls einige Male so groß wie die von der Oberfläche 3 reflektierte Lichtmenge. Die Erfindung ermöglicht eine Vorrichtung zur Erfassung des Reflektors 2, indem das Verhältnis der Lichtmenge vom Reflektor 2 zur Lichtmenge von der Bahnoberfläche 3 gut ausgenutzt wird.

Wenn ein unbemanntes Transportfahrzeug entsprechend der optischen Lenkvorrichtung fährt, nimmt das vom Reflektor 2 reflektierte Licht in dem Maß ab, wie der Reflektor 2 verschmutzt oder gefleckt ist, und wenn der Bezugs wert oder -pegel I konstant gehalten wird,

muß I größer als die Menge I _v des vom saubersten Punkt (Stelle Y) auf der Bahnoberfläche 3 reflektierten Lichtes eingestellt werden. Da andererseits die vom Reflektor 2 reflektierte Lichtmenge ebenfalls mit dem auf der Oberfläche 3 angesammelten Schmutz abnimmt, muß I kleiner als die Menge I des vom Reflektor 2 in der am meisten s KX

verschmutzten Stelle (Stelle X) reflektierten Lichts sein. Dies wurde bereits oben erläutert. Folglich wird das Intervall zwischen dem Bezugswert I und der Menge I des vom Reflektor 2 reflektierten Lichs RX

tes um so schmaler, je mehr der Schmutz auf der Bahnoberfläche 3

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zunimmt. Dies führt zu einem fehlerhaften Betrieb. Wie jedoch aus der Fig. 3 hervorgeht, ist- selbst in der Stelle X I einige Male größer als I _v, so daß das Verhältnis von I zu I (im folgenden als

ΓΛ KX I¹X

Rauschabstand bezeichnet) einen kleinen Wert hat. Wenn daher der Bezugswert I mit der Reflektivität der Bahnoberfläche 3 geändert wird, kann der Reflektor 2 unabhängig vom Schmutz auf der Bahnoberfläche 3 einschließlich des Reflektors 2 sicher erfaßt werden. Andere Probleme treten hier jedoch auf, so daß beispielsweise die Erfassung einer Änderung der Reflektivität der Bahnoberfläche 3 durch eine besondere Vorrichtung schwierig ist und die Anzahl der verwendeten Teile nachteilig zunimmt. Aufgrund dieser Probleme wird ein Mittelwert I oder I aus den jeweiligen Mengen des reflektierten Lichtes ermittelt, das durch mehrere Lichtfühler D bis D (Fig. 2) erfaßt wird, und der Mittelwert wird als die Größe des von der Bahnoberfläche 3 reflektierten Lichtes behandelt. Da ein oder zwei Lichtfühler immer das vom Reflektor 2 reflektierte Licht empfangen, während das unbemannte Transportfahrzeug fährt, ist der Mittelwert I

oder I_o„ offensichtlich jeweils größer als I oder IL... Ein Versuch

οι rX r I

mit einem Aluminiumband als Reflektor zeigt, daß der Rauschabstand zwischen niedrigen Werten und einigen 10 liegt. Es soll nun der Fall einer maximalen Verschmutzung betrachtet werden, so daß der Rauschabstand 2 beträgt, und es soll gleichzeitig angenommen werden, daß elf Lichtfühler D bis D wie in der Fig. 2 verwendet werden und lediglich der Lichtfühler D, das vom Reflektor 2 reflektierte licht

empfängt, während die übrigen Lichtfühler D bis D und D bis D

X O ι XX

das von der Bahnoberfläche 3 reflektierte Licht empfangen. Wenn in diesem Fall die Menge des von der Oberfläche 3 reflektierten und durch jeden Lichtfühler D bis D und D bis D empfangenen Lichtes

X O- ι XX

I beträgt, ist die Menge des vom Reflektor 3 reflektierten und vom

Lichtfühler D empfangenen Lichtes 2 I . Demgemäß ist die mittlere

D F

Menge I des empfangenen Lichtes 1,1 I , was sich aus folgender Gleichung ergibt:

Z " 11 ' F*

Wenn der Mittelwert 1,1 I als Be^ugswert verwendet wird, wie die-

ser oben erläutert wurde, so ist es theoretisch möglich, daß der Lichtfühler D eingeschaltet wird, um den Reflektor 2 zu erfassen. Dieser Mittelwert liegt jedoch sebr nahe bei der Größe I„, und wenn

I eine Fluktuation von mehr als 10 % aufweist, können einige andere

Lichtfühler als der Lichtfühler D, einschalten, um einen fehlerhaften

Betrieb zu verursachen. Daher wird der Mittelwert mit einem Sicherheitsfaktor (beispielsweise 1,5) multipliziert, um einen derartigen fehlerhaften Betrieb zu verhindern, und der verbesserte Bezugswort I beträgt I = 1,5 I = 1,65 I . Folglich hat der Bezugs wert I_c eine

S S /j ν ο

zulässige Abweichung von ungefähr 40 % für die Erfassung der Bahnoberfläche 3 und eine zulässige Abweichung von ungefähr 22 % für die Erfassung des Reflektors 2. Die zulässige Abweichung ist hier definiert dufch den Ausdruck:

1 Bezugswert - erfaßter Wert | Bezugswert

Die zulässige Abweichung kann willkürlich bestimmt werden, indem der Sicherheitsfaktor geeignet ausgewählt wird. Wenn weiterhin der Rauschabstand sehr groß ist und beispielsweise 50 beträgt, da der Re-

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flektor neu ist, beträgt de>r Mittelwert I des reflektierten Lichtes 5,45 I ,was aus dem folgenden Ausdruck folgt:

10 I₁ + 50 I

π ⁵'⁴⁵

Der Bezugswert I beträgt I = 1,5 I = 8,2 I₁, indem mit dem Sis s Z r

cherheitsfaktor 1,5 wie oben multipliziert wird. Dieser Wert ergibt eine zulässige Abweichung von 88 % für die Erfassung der Bahnoberfläche 3 und eine sehr gute zulässige Abweichung von 510 % für die Erfassung des Fühlers 2.

In der Fig. 3 sind I und I jeweils die Bezugswerte für die

bX OI

Stelle X (Rauschabstand = 3) und die Stelle Y (Rauschabstand = 5), und es ist offensichtlich, daß sie k,ur Verhinderung eines fehlerhaften Betriebes vorteilhafter sind als der feste Bezugswert I .

Die Fig. 4 zeigt eine Schaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung reflektierender Gegenstände. In der Fig. 4 sind Lichtfühler D bis D aus beispielsweise CdS vorgesehen, und die den durch die Lichtfühler D bis D empfangenen Lichtmengen entsprechenden Spannungen liegen an Widerständen R , die in Reihe zu den Lichtfühlern D bis D-, vorgesehen sind. Wenn diese Spannungssignale an einen arithmetischen Verstärker AM gelegt werden, kann die Summe der Signale erhalten werden. Der Bezugswert I kann daher mit dem arithmetischen Verstärker AM ermittelt werden, wenn die Widerstände R. und R geeignet ausgewählt sind. Da der Lichtfühler, der den Reflektor 2 erfaßt, durch Vergleichen des Bezugswerts I

mit den Ausgangs spannungen der Lichtfühler D bis D_n mittels der

arithmetischen Verstärker A bis A festgelegt werden kann, kann die Lage des Reflektors 2 in bezug auf das unbemannte Transportfahrzeug erfaßt werden. Tatsächlich kann der Sicherheitsfaktor durch Steuerung der Widerstände R. und R geändert werden.

Folgende andere Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen angedeutet werden; Der Reflektor kann durch eine Linie aus aufgestrichener weißer Farbe oder dui cn einen nicht reflektierenden Stoff ersetzt werden, insbesondere wenn die Oberfläche der Bahn eine hohe Reflektivität hat. Weiterhin kann die "Bahnoberfläche" als ein "Körper zum Tragen des Reflektors" bezeichnet sein, d. h. die Bahnoberfläche kann das Trageglied für den Kurvenfolger oder -abtaster beim Schweißen, die versetzte oder Zickzack-Fläche bei einem entsprechenden Kran oder dgl. sein.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Erfassung einer reflektierenden Substanz, Fläche od. dgl. auf einem Trägerkörper, insbesondere auf der Oberfläche einer Bahn, mit einer Einrichtung, die Licht auf den Trägerkörper sowie die reflektierende Substanz wirft, und mit mehreren Lichtfühlern, die das von der reflektierenden Substanz und dem Trägerkörper reflektierte Licht empfangen, wobei die reflektierende Substanz über einen sich ändernden elektrischen Parameter eines der Lichtfühler erfaßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bezugs wert zur Erfassung der reflektierenden Substanz (2) so gewählt ist, daß er zwischen der von der reflektierenden Substanz (2) und der vom Trägerkörper (3) reflektierten Lichtmenge liegt und sich mit der Reflektivität des Trägerkörpers (3) einschließlich der reflektierenden Substanz (2) ändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für einen verbesserten Bezugswert der Mittelwert der Ausgangssignale aller Lichtfühler (D , ... D) berechnet und mit einem geeigneten Sicherheitsfaktor multipliziert ist.

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