DE3441450A1

DE3441450A1 - Mit lichtstrahlen arbeitende detektiereinrichtung

Info

Publication number: DE3441450A1
Application number: DE19843441450
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Sakai Osaka Tatsumi
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1984-05-11
Filing date: 1984-11-13
Publication date: 1985-11-14
Also published as: GB2159015B; US4638157A; GB8425254D0; DE3441450C2; FR2564212A1; FR2564212B1; JPS60238909A; GB2159015A

Description

KL)BOTA, LTD., 47-go, 2-ban, 1-chome, Shikitsuhigashi, Naniwa-ku, Osaka-shi, Osaka-fu, Japan

Mit Lichtstrahlen arbeitende Detektiereinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Lichtstrahlen arbeitende Detektiereinrichtung zur automatischen Bewegung eines Fahrzeugs längs einer vorbestimmten Bahn. Bei einem solchen Fahrzeug kann es sich z.B. um ein mit Eigenantrieb arbeitendes Fahrzeug oder um einen unbemannten Förderwagen bzw. ein Transportfahrzeug in einer Fabrik handeln. Die Detektiereinrichtung umfaßt eine Einrichtung zur Aussendung von Lichtstrahlen zu einer Anzahl von Retro-Reflektoren, die längs der Bahn angeordnet sind und Licht in einer Richtung reflektieren können, aus der das Licht auf sie getroffen ist, und eine Einrichtung zur Aufnahme der von den Retro-Reflektoren reflektierten Lichtstrahlen.

Bei dieser Art der Detektiereinrichtungen sind die Lichtstrahlen per se durch optische Einrichtungen diffus bzw. zerstreut, und die Strahlen werden nur

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in einer Richtung emittiert. Derartige bekannte Einrichtungen haben weiter unten beschriebene Nachteile, und ihre Verbesserung ist erwünscht.

Da die Lichtstrahlen per se durch optische Einrichtungen wie z.B. eine Linse zerstreut sind, verlieren die zu den Retro-Reflektoren hin emittierten Strahlen an Intensität, und es wird daher eine Lichtquelle benötigt, die relativ starke Lichtstrahlen aussenden kann. Wenn eine Anzahl von Retro-Reflektoren in einer Reihe in einer Richtung der Diffusion der Lichtstrahlen angeordnet ist, werden die von den Retro-Reflektoren zurückgeführten, reflektierten Lichtstrahlen gleichzeitig empfangen, wodurch es schwierig ist festzustellen, ob es sich bei den empfangenen Lichtstrahlen um solche Lichtstrahlen handelt, die von der Anzahl der Retro-Reflektoren reflektiert worden sind, oder um solche, die von einem der Retro-Reflektoren reflektiert worden sind. Hieraus ergibt sich der Nachteil, daß eine komplizierte Anordnung benötigt wird. Aus konstruktiven Gründen sollen sich die Lichtstrahlen nicht in starkem Ausmaß zerstreuen, da sonst nachteilig viele längs der Spur angeordnete Retro-Reflektoren benötigt werden, selbst wenn das Fahrzeug so geführt ist, daß es sich gerade längs einer geraden Spur oder Bahn zwischen zwei vorbestimmten Punkten entlang bewegt. Es ist schwierig, das Fahrzeug entlang der Spur zu führen, wenn Retro-Reflektoren in großen Abständen angeordnet sind.

Wie Fig. 20 zeigt, neigt die bekannte Detektiereinrichtung zu einem Fehler Δ G in einem detektierten Licht-

empfangswinkel, wenn sich die von der Einrichtung ausgesandten Lichtstrahlen in der horizontalen Richtung zerstreuen, die eine zu detektierende Richtung bzw. einen zu detektierenden Winkel umfaßt. Dieser Fehler verändert sich nachteilig stark mit Veränderungen in dem Abstand zwischen der Detektiereinrichtung und den Retro-Reflektoren CC.

Um die unnötige horizontale Diffusion bzw. Zerstreuung der von der Dektiereinrichtung ausgesendeten Lichtstrahlen möglichst klein zu halten, wird bei der herkömmlichen Einrichtung häufig eine Einrichtung zur Emittierung von Laserstrahlen verwendet, die sich nicht in starkem Maße zerstreuen, oder es wird eine Anzahl von Linsen zur Verhinderung der Diffusion verwendet, was zu einer komplizierten und kostspieligen Anordnung führt.

Die Erfindung geht von dem oben beschriebenen Stand der Technik aus, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit Lichtstrahlen arbeitende Detektiereinrichtung bzw. Detektorgerät zu schaffen, die eine Einrichtung zur gleichzeitigen Aussendung von Lichtstrahlen in unterschiedliche Richtungen, z.B. in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung eines Fahrzeugs, zu Retro-Reflektoren aufweist, bei der die Lichtstrahlen eine vorbestimmte vertikale Zerstreuung, jedoch kaum eine horizontale Zerstreuung aufweisen .

Außerdem soll die erfindungsgemäße mit Lichtstrahlen arbeitende Detektiereinrichtung eine Einrichtung aufweisen, mit deren Hilfe mit großer Genauigkeit eine Position (Detektion) detektiert wird, von der von den

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Retro-Reflektoren reflektierte Lichtstrahlen empfangen werden, selbst wenn die Lichtstrahlen eine leichte horizontale Diffusion aufweisen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine mit Lichtstrahlen arbeitende Detektiereinrichtung gelöst, die einen Spiegel zur Totalreflektion won Lichtstrahlen in Richtungen senkrecht zu einer optischen Achse der Lichtstrahlen aufweist, die von einer Lichtquelle zur Übertragung der Lichtstrahlen mit einer vorbestimmten vertikalen Diffusion emittiert worden sind, und eine Einrichtung zur Drehung des Spiegels um eine Achse senkrecht zu den Richtungen umfaßt, in der die Lichtstrahlen reflektiert werden, wodurch Drehungen des Spiegels es gestatten, daß die Lichtstrahlen sich in der vertikalen Richtung einschließlich der optischen Achse verbreiten und diese

in beiden entgegengesetzten Richtungen abtasten, in denen die Lichtstrahlen durch den Spiegel reflektiert werden (beispielsweise in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs). Die Vorrichtung umfaßt auch eine Einrichtung zum Empfangen von Lichtstrahlen, die von den Retro-Reflektoren zurückkehren.

Um die zweite Zielsetzung zu erreichen, umfaßt eine erfindungsgemäße mit Lichtstrahlen arbeitende Detektiereinrichtung eine Einrichtung zum Sammeln von Licht, das auf Wegen der zurückkehrenden Lichtstrahlen liegt, so daß die Einrichtung für den Lichtempfang an einem Brennpunkt der Kondensor- bzw. Sammeleinrichtung angeordnet ist.

Erfindungsgemäß werden die won der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen somit durch nichtoptische Einrichtungen oder mechanische Einrichtungen zur Streuung bzw. Diffusion in einem vorbestimmten Ausmaß und zur Fortpflanzung in unterschiedlichen Richtungen gebracht. Obwohl die Lichtstrahlen in einem mit Hochgeschwindigkeit erfolgenden Wechsel in den beiden unterschiedlichen Richtungen (beispielsweise vorwärts und rückwärts) übertragen werden, nimmt daher die Intensität der Lichtstrahlen nicht unter einen Wert ab, der durch den Reflektionsgrad des Spiegels gesteuert ist. Demnach kann die bei der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendete Lichtquelle mit einer geringen Leistung bezüglich der Emission von Lichtstrahlen arbeiten, die den Lichtstrahlen in bekannten Vorrichtungen hinsichtlich der Intentität gleichkommen.

Da die von einer Anzahl von Retro-Reflektoren reflektierten Lichtstrahlen nicht simultan empfangen werden, ist es außerdem möglich zu bestimmen, von welchem Retro-Reflektor die empfangenen Lichtstrahlen zurückgekehrt sind.

Wie Fig. 19 zeigt, wird durch die Erfindung eine Kondensoreinrichtung 29a geschaffen, die z.B. eine konvexe Linse auf einem Weg zurückkehrender Lichtstrahlen und einen Lichtempfänger 4 aufweist, der in einem Brennpunkt der Kondensoreinrichtung 29a angeordnet ist. Auf diese Weise empfängt der Lichtempfänger 4 nur diejenigen Lichtstrahlen, die von einem Retro-Reflektor CCl oder CC2 zurückkehren und sich entlang einer optischen

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Achse fortpflanzen, die sich zwischen der Kondensoreinrichtung 29a und dem Lichtempfänger 4 erstreckt, d.h. er empfängt nur diejenigen Lichtstrahlen, die aus einer bestimmten Richtung zurückkehren. 5

Da der Lichtempfänger nur diejenigen Lichtstrahlen empfängt, die aus einer bestimmten Richtung zurückkehren, wird somit eine Richtung, in der der Retro-Reflektor liegt, mit großer Genauigkeit detektiert. Selbst wenn die von der Einrichtung emittierten Lichtstrahlen eine geringfügige horizontale Diffusion aufweisen, beeinträchtigt dies die Genauigkeit der Detektion nicht.

Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die geschaffene Kondensoreinrichtung mit einer Auswahlmöglichkeit zur Kondensierung bzw. zum Sammeln von Licht in bezug auf die Richtung versehen ist, und die Kondensoreinrichtung sammelt Licht nicht in der vertikalen, sondern lediglieh in der horizontalen Richtung.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen mit Lichtstrahlen arbeitenden Detektiereinrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt längs Linie II-II in Fig. 1,

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Fig. 3 einen vertikalen Schnitt einer abgewandelten Detektiereinrichtung,

Fig. 4 einen vertikalen Schnitt, der ein anderes Beispiel eines reflektierenden Spiegels ver

anschaulicht ,

Fig. 5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des in Fig. 4 gezeigten reflektierenden Spiegels,

Fig. 6 eine Seitenansicht, die eine Anwendung der Erfindung veranschaulicht,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Retro-Reflektors,

Fig. 8 eine Ansicht, die ein Leitverfahren für eine geradlinige Bewegung veranschaulicht,

Fig. 9 eine Ansicht, die ein Verfahren zur Detektion einer Position veranschaulicht,

Fig. 10 eine Ansicht, die eine Steuerung der Bewegungsrichtung veranschaulicht,

Fig. 11 eine Ansicht, die ein anderes Leitverfahren

für eine geradlinige Bewegung veranschaulicht,

Fig. 12 ein anderes Beispiel eines Retro-Reflektors,

Fig. 13 eine zum Teil weggebrochene perspektivische Ansicht einer mit Lichtstrahlen arbeitenden Detektiereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

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Fig. 14 einen vertikalen Schnitt eines Hauptbereiches der in Fig. 13 gezeigten Detekiereinrichtung,

Fig. 15 ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für die Motordrehung,

Fig. 16 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels einer Kondensoreinrichtung,

Fig. 17 eine abgewickelte perspektivische Ansicht des Hauptbereichs der in Fig. 13 gezeigten Detektiereinrichtung,

Fig. 18 eine Seitenansicht der in Fig. 17 gezeigten, zusammengebauten Elemente,

Fig. 19 eine Ansicht, die ein Prinzip der Erfindung veranschaulicht,

Fig. 20 eine Ansicht, die den Stand der Technik veranschaulicht und

Fig. 21 eine Seitenansicht der in Fig. 13 gezeigten

Einrichtung nach der Montage auf einem Bagger.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, umfaßt eine mit Lichtstrahlen arbeitende Detekiereinrichtung A gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Laserstrahler 1, der als Lichtquelle arbeitet und Lichtstrahlen So mit einer optischen Achse Y aussendet, und einen Spiegel 2, der auf der optischen Achse Y angeordnet ist und zur totalen Reflektion der Lichtstrahlen So in vorbestimmten Richtungen Z dient. Der Spiegel 2 wird durch einen

Motor Ml fortlaufend bzw. kontinuierlich um eine Achse X gedreht (was durch einen Pfeil R angedeutet ist), die senkrecht zur optischen Achse Y und in vorbestimmten Richtungen Z verläuft. Die Einrichtung umfaßt ferner einen Halbspiegel 3 (oder einen Spiegel, der sich in der einen oder der Vorwärtsrichtung ausbreitende Lichtstrahlen durchläßt und Lichtstrahlen reflektiert, die sich in der anderen oder Rückwärtsrichtung fortpflanzen), der auf der optischen Achse Y zwischen dem Laserstrahler 1 und dem Spiegel 2 angeordnet ist. Auf diese Weise gelangen die Lichtstrahlen So durch den Halbspiegel 3 und tasten die Bereiche mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel 0 in den beiden vorbestimmten Richtungen Z ab, d.h. in der Zeichnung in der linken und der rechten Seite. Die von den Retro-Reflektoren CCl und CC2 (vergl. Fig. 6) reflektierten Lichtstrahlen werden von dem Spiegel 2 und dem Halbspiegel 3 reflektiert und gelangen dann zu einem Lichtempfänger A, wie durch einen Pfeil T gezeigt ist. Der Spiegel 2 und der Motor Ml werden durch einen Rahmen 5 getragen bzw. abgestützt, der Schlitze 6 an seinen jeweiligen Seiten aufweist, die dem vorbestimmten Divergenzwinkel 0 entsprechend ausgebildet sind.

Durch kontinuierliche Drehung des Spiegels 2 durch den Motor Ml wird mittels der Lichtstrahlen So somit alternierend eine Hochgeschwindigkeitsabtastung in beiden vorbestimmten Richtungen, d.h. links und rechts, über die Bereiche mit dem vertikalen Winkel 0 ausgeführt, der durch die in dem Rahmen 5 angebrachten Schlitze 6 bestimmt ist. Die durch die Retro-Reflektoren CCl und CC2 während des Abtastvorgangs und der Zurückführung zum Rahmen 5 reflektierten Lichtstrahlen werden von dem einzigen Lichtempfänger 4 mittels des Halbspiegels 3 empfangen.

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Da die Detektiereinrichtung außer dem Spiegel 2 keine anderen beweglichen Teile aufweist, ist die gesamte Anordnung einfach und die Abtastung durch die Lichtstrahlen So wird mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt.

Der einzige Lichtempfänger 4 benötigt keine große Fläche für den Empfang des Lichts, da die von den Retro-Reflektoren reflektierten Lichtstrahlen entlang derselben optischen Achse zurückkehren, entlang der sie ausgesandt worden sind. Die Richtungen, in denen die Retro-Reflektoren CCl und CC2 angeordnet sind und aus denen, d.h. links oder rechts, die Lichtstrahlen empfangen werden, werden mit hoher Geschwindigkeit einfach dadurch detektiert, daß ein Drehwinkel des Spiegels 2 detektiert wird, d.h. ein Drehwinkel des Motors Ml zu den Zeiten, in denen ein Empfang von Lichtstrahlen stattfindet.

Die Lichtstrahlen So werden automatisch und alternierend in den beiden entgegengesetzten Richtungen durch Drehungen des Spiegels 2 um 90 um die Achse X ausgesandt, und die Richtungen sind bezüglich der Achse X symmetrisch, und daher tritt kein Fehler auf.

Es wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 3 eine abgewandelte Detektiereinrichtung beschrieben. Diese Detektiereinrichtung weist zusätzlich zu den baulichen Merkmalen der in Fig. 1 und 2 gezeigten Einrichtungen einen Spiegel 2 auf, der auch um die optische Achse Y drehbar ist, so daß die Lichtstrahlen S, die die Schlitze 6 verlassen, sich in horizontaler Richtung ändern können.

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Wie Fig. 3 zeigt, kann insbesondere der Rahmen 5 mittels einer Einrichtung wie z.B. einem Motor 2 um die optische Achse Y drehbar sein, wodurch die von der fest angeordneten Lichtquelle 1 ausgesandten Lichtstrahlen in einer horizontalen Ebene veränderbar sind.

Daher können die Retro-Reflektoren CCl und CC2 leicht erfaßt werden, wenn beispielsweise in der Positionabeziehung zwischen den Retro-Reflektoren CCl und CC2 und der Detektiereinrichtung A eine Abweichung auftritt, wenn sich ein Fahrzeug, das die Detektiereinrichtung A trägt, vorwärts bewegt. Dies gestattet es, daß das Fahrzeug V automatisch in eine geeignete Fahrbzw. Bewegungsrichtung gebracht wird, indem ein Drehwinkel des Motors M2 zur Detektion der Abweichung detektiert wird.

Es wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 eine weitere Abwandlung der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Detektiereinrichtung beschrieben. Die Abwandlung besteht in einem Spiegel 2', der durch den Motor Ml gedreht wird. Der Spiegel 2' umfaßt ein transparentes, d.h. lichtdurchlässiges zylindrisches Element 7, das in Längsrichtung längs seines Zentrums parallel zur Achse X in zwei Teile geschnitten ist und mit einem total reflektierenden Element 8 zusammengefügt ist, das zwischen die Hälften eingesetzt ist oder auf den Trennflächen als Beschichtung aufgebracht ist. Die von dem Laserstrahler 1 ausgesandten Lichtstrahlen So treffen auf den Spiegel 2¹ durch periphere Oberflächen des zylindrischen Elements 7, und zu diesem Zeitpunkt wirkt das zylindrische Element 7 als Zylinderlinse, so daß

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sich die Lichtstrahlen So in unnötigem Ausmaß zerstreuen. Um diese Zerstreuung einzudämmen oder zu unterdrücken, ist auf der optischen Achse"Y eine Kompensations- oder Ausgleichslinse 9 angeordnet, S die in Fig. 4 gezeigt ist.

Im Vergleich zu dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Spiegel 2 kann der Spiegel 2' mit größerer Drehzahl und auf stabile Weise mit geringerem auf

seine Drehungen einwirkendem Luftwiderstand und mit größerer Trägheit gedreht werden. Dies ermöglicht es, daß die Lichtstrahlen So den Abtastvorgang mit größerer Geschwindigkeit ausführen. Da das Reflektionselement 8 des Spiegels 2' eine kleine, vernachlässigbare Dicke aufweist, tritt kein Unterschied zwischen den Abtastwinkeln 0 der Lichtstrahlen So auf, die den linken und den rechten Schlitz 6 verlassen.

Obwohl dies in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, können der Spiegel 2 oder 2¹ in der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Einrichtung um die Achse X vorwärts und rückwärts hin- und herbewegbar bzw. oszillierbar sein, statt daß sie kontinuierlich mittels des Motors Ml drehbar sind, damit die Lichtstrahlen So den Abtast-Vorgang ausführen können. Des weiteren können die Reflektionsflachen der Spiegel 2 und 2' auf beiden Seiten statt nur auf einer Seite vorgesehen sein. Dies führt zu dem Vorteil, daß die Abtastgeschwindigkeit im wesentlichen verdoppelt ist, wenn der Spiegel kontinuierlich gedreht wird, und daß ein Oszillationswinkel bei Oszillation des Spiegels herabgesetzt ist.

Es wird nun ein Verfahren zum Führen bzw. Leiten des Fahrzeugs V beschrieben, bei dem die beschriebene Detektiereinrichtung A verwendet wird. Wie Fig. 6 zeigt, trägt das Fahrzeug die Lichtstrahlen verwendende Detektiereinrichtung A, und die Retro-Reflektoren CCl und CC2, die als Eckwürfel bekannt sind, sind an den jeweiligen Enden eines Bewegungsbereichs *£, des Fahrzeugs V angeordnet. Einzelheiten der Retro-Reflektoren CCl und CC2 werden im einzelnen später beschrieben. Die Detektiereinrichtung A des Fahrzeugs

V sendet Lichtstrahlen S mit einer vertikalen Diffusion bzw. Zerstreuung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs V aus. Die in Vorwärtsrichtung ausgesandten Lichtstrahlen werden mit Sl bezeichnet, und die in Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs ausgesandten Lichtstrahlen werden mit S2 bezeichnet. Das Fahrzeug

V wird so geführt, daß es sich längs einer geraden Linie bewegt, die sich zwischen zwei Eckwürfeln CCl und CC2 erstreckt, indem die Richtung, in der sich das Fahrzeug V vorwärts bewegt, automatisch eingestellt wird, so daß die von den Eckwürfeln CCl und CC2 reflektierten Lichtstrahlen im wesentlichen gleich zeitig empfangen werden.

Wie Fig. 7 zeigt, umfaßt jeder der als Retro-Reflektoren arbeitende Eckwürfel CCl und CC2 eine Anzahl von Reflektoren C mit Einfallsebenen, die aneinander angrenzend angeordnet sind. Jeder Reflektor C weist die Eigenschaft auf, daß er Licht in der Richtung reflektiert, aus der Licht auftritt, und zwar unabhängig von der Richtung, wenn Licht auf ihn aus einem

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bestiinmten Bereich von Richtungen auftrifft. Diese Reflektoren C sind auf einer zylindrischen Außenfläche angeordnet, so daß die Einfallsebenen in einem Winkel angeordnet sind, der kleiner als der kritische S Winkel zur Reflektion des Lichtes in der Richtung ist, aus der es auftrifft. Somit kann die zylindrische Außenfläche das Licht in der Richtung reflektieren, aus der das Licht auf sie auftrifft, und zwar in jede beliebige Richtung.

Fig. 12 zeigt ein anderes Beispiel eines Eckwürfels, das sich von dem in Fig. 7 gezeigten Eckwürfel unterscheidet. Der in Fig. 12 gezeigte Eckwürfel besitzt fast kugelförmige Gestalt oder ist ein Polyeder, und eine Anzahl von Einheitsreflektoren C sind auf seiner Außenfläche angeordnet. Eine solche sphärische Reflektionsfläche kann Licht in der Richtung reflektieren, aus der es auf sie trifft, und es kann sich bei dieser Richtung um jede beliebige Richtung über 360 handeln, so daß bezüglich der Installationsbedingungen freie Wahl möglich ist.

Die oben beschriebenen Eckwürfel brauchen nicht über ihre gesamte zylindrische oder sphärische Oberfläche eine reflektierende Oberfläche aufzuweisen. Die reflektierende Fläche braucht nur so groß gewählt zu sein, wie es für den Zweck erforderlich ist, und kann beispielsweise eine Halbkugelfläche sein.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird im folgenden beschrieben. Die in Fig. 7 gezeigten Eckwürfel CCl und CC2, die eine Länge b aufweisen, sind, bei der Ver-

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anschaulichung der Fig. 8 an den entsprechenden Enden eines Bewegungsbereiches <£vorgesehen, so daß ihre zylindrische Fläche oder reflektierende Fläche jeweils einander gegenüber angeordnet ist. Zwischen den Zentren der Eckwürfel CCl und CC2 erstreckt sich eine Linie, die einer Targetspurlinie entspricht, längs der ein Fahrzeug geführt wird. Eine Hälfte d der reflektierenden Oberfläche b eines jeden Eckwürfels bildet 'eine Toleranzgrenze bezüglich der Targetlinie. Mit anderen Worten besagt dies, daß die von der Detektiereinrichtung A oder dem Fahrzeug V ohne horizontale Diffusion ausgesandten Lichtstrahlen Sl und S2 sämtlich durch die Eckwürfel CCl und CC2 reflektiert werden und zu der Detektiereinrichtung A oder dem Fahrzeug V zurückgesandt werden, wenn sich die Strahlen Sl und S2 innerhalb des vorbestimmten Winkels * Q bezüglich der Eckwürfel CCl und CC2 befinden. Dieser Zustand wird als der Zustand angesehen, in dem sich das Fahrzeug entlang der Targetlinie vorwärts bewegt, und jede beliebige Abweichung hiervon wird eingestellt bzw. berichtigt.

Als nächstes wird ein Verfahren zur Detektion jeder beliebigen signifikanten Abweichung des Fahrzeugs V von der Targetlinie beschrieben, die sich zwischen den beiden Eckwürfeln CCl und CC2 erstreckt, bei dem die Detektiereinrichtung A verwendet wird, in der die Lichtstrahlen auch um die optische Achse Y drehbar sind, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Wie aus Fig. 9 hervorgeht, erfordert dieses Verfahren die Bedingung, daß der Abstand £ zwischen den beiden Eckwürfeln CCl

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und CC2 und ein Abstand zwischen dem Fahrzeug V und einem der Eckwürfel CCl und CC2 oder daß die Abstände zwischen dem Fahrzeug V und den jeweiligen Eckwürfeln CCl und CC2 bekannt sind. Mit anderen Worten besagt dies, daß wenn die Längen von zwei beliebigen Seiten eines durch das Fahrzeug V und die beiden Eckwürfel CCl und CC2 gebildeten Dreiecks bekannt sind, die Position und die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs V durch Detektierung der Drehung QF und QB um die optische Achse Y bezüglich der Fahrrichtung des Fahrzeugs V zu den Zeitpunkten detektiert werden kann, in denen die von den beiden Eckwürfeln CCl und CC2 reflektierten Lichtstrahlen empfangen werden, wie in Fig. 10 gezeigt ist.

Fig. 11 veranschaulicht ein anderes Verfahren zum Lenken und Gleiten des Fahrzeugs V, so daß sich dieses zwischen den beiden Eckwürfeln CCl und CC2, wie in den Fig. 6 bis 8 gezeigt, gerade bewegt. Fig. 11 zeigt eine ToIeranzgrenze des Leitbereichs hinsichtlich der Targetlinie, wenn die von der Detektiereinrichtung A ausgesandten Lichtstrahlen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs V ausgesandten Lichtstrahlen nach links und nach rechts horizontal um einen vorbestimmten Grad * bezüglich des Fahrzeugs V diffundieren. Ein maximaler Abstand der Abweichung von der Targetlinie ist *£/2 · sinQ.

Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 13 bis 21 beschrieben.

Wie die Fig. 13 und 14 zeigen, ist eine Lichtquelle oder ein Laserstrahler 1 auf einem Rahmen 21 angebracht und sendet Lichtstrahlen So aus, die von einem Ablenkspiegel 23 abgelenkt werden, so daß sie sich in einer vertikalen Richtung Y bezüglich des Rahmens 21 ausbreiten. Ein Spiegel 2 ist mittels eines Motors Ml drehbar um eine horizontale Achse X angebracht, so daß er die in der vertikalen Richtung sich ausbreitenden Lichtstrahlen umlenkt, so daß diese sich wieder in der horizontalen Richtung weiter ausbreiten. Der Spiegel 2 ist auch um eine vertikale Achse Y mittels eines Motors M2 drehbar. Auf diese Weise wird das Licht für den Abtastvorgang in zwei entgegengesetzten Richtungen Z ausgesandt (in Fig. 13 und 14 nach links und nach rechts), die bezüglieh der horizontalen Achse X senkrecht sind, und die

. . , , , , , cuu ■ vorbestimmten _ . ~_ . . . , Lichtstrahlen S haben einen vertikalen Diffusionswinkel

0. Der Spiegel 2 und die beiden Motoren Ml und M2 bilden eine Abtasteinrichtung B. Ein Halbspiegel 3 ist auf der optischen Achse Y zwischen dem Umlenkspiegel 23 und dem Drehwinkel 2 angeordnet. Die in den beiden entgegengesetzten Richtungen Z ausgesandten Lichtstrahlen S werden durch Retro-Reflektoren CCl und CC2, wie in Fig. 21 gezeigt, reflektiert und kehren mittels des Spiegels 2 und des Halbspiegels 3 zurück, so daß sie von einem einzigen Lichtempfänger 4 empfangen werden. Auf diese Weise bewirkt die Detektiereinrichtung A, daß die Lichtstrahlen mit dem vorbestimmten Diffusionswinkel 0 eine Abtastung in der horizontalen Richtung ausführen.

Bei der Verwendung dieser Einrichtung wird der Drehspiegel 2 kontinuierlich durch den Motor Ml gedreht, so daß die Lichtstrahlen durch Schlitze 6¹ weiterge-

leit.et werden, die in Lichtausstrahlflächen 27 der Abtasteinrichtung B angebracht sind. Ein Fahrzeug wird gelenkt bzw. geleitet, so daß es in einer geeigneten Richtung fährt, indem die Richtungen detektiert werden, aus denen die reflektierten Lichtstrahlen empfangen werden, oder die Richtungen detektiert werden, in denen sich die Retro-Reflektoren CCl und CC2 bezüglich der Detektiereinrichtung A befinden, wobei die Detektion auf der Detektion eines Drehwinkels mittels Kodiereinrichtungen El und E2 auf den Achsen X und Y zu den Zeitpunkten basiert, in denen die Lichtstrahlen durch den Lichtempfänger A empfangen werden.

Als nächstes wird eine Lichtkondensoreinrichtung 29 beschrieben. Die in den Fig. 13 und 14 dargestellte Einrichtung umfaßt eine Lichtkondensoreinrichtung für den Lichtempfänger 4, die in der Form won vertikal in zwei Teile geschnittenen konvexen Linsen 29a ausgebildet ist, und der Lichtempfänger 4 ist in einem Brennpunkt angeordnet. Somit sind die Schlitze 6' durch die konvexen bzw. Sammellinsen 29a festgelegt, und diese verhindern, daß sich die Lichtstrahlen S in einer unnötigen Richtung (d.h. in der horizontalen Richtung) zerstreuen.

In Fig. 16 ist eine Lichtsammeleinrichtung bzw. Lichtkondensoreinrichtung gezeigt, die eine zylindrische Linse 29b umfaßt, die zu der Sammellinse 29a mit dem Schlitz alternativ verwendbar ist. Die Zylinderlinse 29b besitzt eine horizontale Kondensorrichtung, die sich von der Diffusionsrichtung der Lichtstrahlen unter-

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scheidet. Daher sammelt die Zylinderlinse 29b nur die von dem Retro-Reflektor reflektierten Lichtstrahlen wirksam. Ein zentraler vertikaler Abschnitt der zylindrischen Linse 29b entspricht übrigens dem Schlitz 6'. 5

Es wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 15 eine Steuerschaltung für den Motor M2 beschrieben, der den Drehspiegel 2 um die vertikale Achse Y dreht. Die Steuerschaltung empfängt Steuersignale CA und CB für die Vorwärtsdrehung, die Rückwärtsdrehung und den Stop des Motors M2 und Drehend - Detektionssignale SL und SR von zwei Begrenzungs- bzw. Endschaltern SWL und SWR, die zur Detektion der Enden eines Drehbereichs des Motors M2 dienen. Die Schaltung umfaßt eine Detektionsschaltung 40 für das Ende der Drehung mit einem NAND d.h. NICHT-UND-Tor Gl und zwei UND-Toren G2 und G3. Wenn die obigen Signale in die Detektionsschaltung AO für das Drehende eingegeben werden, werden Steuersignale CA¹ und CB¹ erhalten, die in eine Motorantriebsschaltung 41 eingegeben werden, wodurch der Drehspiegel 2 innerhalb eines durch die beiden Grenzschalter SWL und SWR festgelegten Bereichs gedreht wird.

Wenn der Grenzschalter SWL oder SWR geschlossen ist, wird somit die durch das Steuersignal CA oder CB gegebene Anweisung bzw. Instruktion außer Kraft gesetzt, selbst wenn diese Anweisung für eine Drehung in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung dient. Auf diese Weise wird dem Drehspiegel 2 kein weiterer Antrieb übertragen, und nur eine Drehung umgekehrt zu der vorhergehenden Drehung oder ein Stillstand wird wirksam bzw. gültig gemacht.

Eine in den Fig. 13 bis 16 gezeigte Abwandlung der Anordnung wird im folgenden beschrieben. Wie Fig. 17 und IB zeigen, treten bei diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel die von den Retro-Reflektoren zurückkehrenden reflektierten Lichtstrahlen nicht durch die Zylinderlinsen 29b oder durch die in zwei Teile geschnittenen Sammellinsen 29a, damit sie von dem einzigen Lichtempfänger 4 empfangen werden. Statt dessen ist ein Paar gewöhnlicher Umlenkspiegel 30 oberhalb des Drehspiegel 2 angebracht, wobei jeder der Umlenkspiegel 30 einen Schlitz 6¹¹ festlegt, durch den von dem Drehspiegel 2 übermittelte horizontale Lichtstrahlen S durch- treten. Des weiteren sind ein Paar schlitzloser konvexer bzw. Sammellinsen 29c und ein Paar von Lichtempfängern 4¹ oberhalb der reflektierenden Spiegel 30 angebracht. Die Sammellinsen 29c verdichten die Lichtstrahlen, die von den Retro-Reflektoren CCl und CC2 reflektiert worden sind, die in entgegengesetzten Richtungen Z, in Fig. 17 und 18 links und rechts, in die die Lichtstrahlen S ausgesandt werden,angeordnet sind. Die Sammellinsen 29c können somit zur Verdichtung bzw. zum Sammeln der Lichtstrahlen lediglich für die Lichtempfänger 4¹ wirken.

Wenn wie oben eine Anzahl von Lichtempfängern 4' vorgesehen ist, wird die Richtung, aus der die reflektierten Strahlen empfangen werden, bestimmt, indem überprüft wird, welcher Lichtempfänger 4' den Lichtstrahl empfangen hat, ohne daß ein Drehwinkel des Drehspiegels 2 detektiert worden ist. Da die Sammellinsen 29c schlitzlos sind, ist die Anordnung einfach und nicht teuer,

an

selbst wenn eine Anzahl von Sammellinsen und Lichtempfängern vorgesehen wird.

Da bei dieser Abwandlung die Lichtempfänger A einen Lichtempfangsbereich besitzen, der in einer Längsrichtung der Schlitze 6'' oder der Diffusionsrichtung der Lichtstrahlen S groß ist, treten keine Fehler im Lichtempfang auf, selbst wenn eine Lichtempfangsposition infolge vertikaler Vibrationen der Detektiereinrichtung ändern kann. Des weiteren umfaßt die Einrichtung eine Anzahl von Umlenkspiegeln 23, wodurch die Freiheit gegeben wird, eine Position des Laserstrahlers 1 zu wählen, und woraus sich die Kompaktheit der gesamten Einrichtung ergibt.

Fig. 21 zeigt die in den Fig. 13 bis 18 veranschaulichte Einrichtung nach ihrer Anbringung auf dem Dach eines Baggers bzw. Löffelbaggers (E), der hier beispielsweise für ein Fahrzeug V steht. Dieser Bagger wird geleitet, so daß er sich geradlinig zwischen den Retro-Reflektoren CCl und CC2 vorwärtsbewegt, indem von den Retro-Reflektoren CCl und CC2 reflektierte Lichtstrahlen S¹ detektiert werden.

Claims

Ansprüche

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Mit Lichtstrahlen arbeitende Detektiereinrichtung mit einer Einrichtung zum Aussenden von Lichtstrahlen mit einer vorbestimmten Zerstreuung zu einer Anzahl von Retro-Reflektoren, die Licht in einer Richtung reflektieren können, aus denen das Licht auf sie auftrifft, und mit einer Einrichtung zum Empfangen der von den Retro-Reflektoren reflektierten Lichtstrahlen, wobei die Einrichtung zum Aussenden von Lichtstrahlen eine Lichtquelle und einen Spiegel zum Lenken der von der Lichtquelle empfangenen Lichtstrahlen zu den Retro-Reflektoren umfaßt, dadurch gekenn

zeichnet

daß die Einrichtung eine An

triebseinrichtung (Ml) zum Drehen des Spiegels (2) um eine Achse (X) umfaßt, die senkrecht zu einer optischen Achse (Y) der sich von der Lichtquelle (1) zum Spiegel (2) erstreckenden Lichtstrahlen und auch senkrecht zu Richtungen (Z) ist, in denen sich die Lichtstrahlen von dem Spiegel (2) zu den Retro-Reflektoren (CCl, CC2) weiter fortpflanzen, und daß Schlitze (6, 6¹, 6'¹) an Auslassen vorgesehen sind, von denen sich die Lichtstrahlen zu

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den Retro-Reflektoren hin fortpflanzen und die eine solche Form haben, daß sich die Lichtstrahlen in vertikaler Richtung zerstreuen können.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen Laserstrahlen sind und daß eine Antriebseinrichtung (M2) zur Drehung des Spiegels um die optische Achse (Y) vorgesehen ist, die sich von der Lichtquelle (1) zum Spiegel (2) erstreckt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß ein Halbspiegel (3) zwischen dem Spiegel (2) und der Lichtquelle (1) angeordnet ist, wobei die von der Lichtquelle ausgesandten Laserstrahlen durch den Halbspiegel (3) durchtreten und die von den Retro-Reflektoren (CCl, CC2) reflektierten Laserstrahlen nacheinander von dem Spiegel (2) und dem Halbspiegel (3) reflektiert werden, so daß sie von der Lichtempfangseinrichtung (4) empfangen werden.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (2) ein transparentes in zwei Teile geschnittenes zylindrisches Element (7), das sich parallel zur Achse (X) erstreckt, und ein lichtreflektierendes Element (8) umfaßt, das zwischen den Trennflächen des zylindrischen Elements (7) parallel zur Achse (X) eingefügt ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schlitze (6') einen vertikalen Spalt zwischen beiden Teilen einer in zwei Teile geschnittenen konvexen Linse (29) umfaßt, die an einer den Laserstrahl durchlassenden Fläche entgegengesetzt zu den Retro-Reflektoren angeordnet ist, wobei die Lichtempfangseinrichtung (4) in einem Brennpunkt der konvexen Linse (29a) angeqrdnet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schlitze (6¹) einen zentralen vertikalen Abschnitt (29¹) einer zylindrischen Linse (29b) umfaßt, die senkrecht an einer einen Laserstrahl durchlassenden Fläche entgegengesetzt zu einem der Retro-Reflektoren (CCl, CC2) umfaßt, wobei die Lichtempfangseinrichtung (4) an einem Brennpunkt der zylindrischen Linse (29b) angeordnet ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schlitze (6¹¹) Spalte zwischen einem Paar von Umlenkspiegeln (30) umfassen, die oberhalb bzw. quer zum Spiegel (2) angeordnet sind, wobei die Lichtempfangseinrichtung (4') an Brennpunkten der konvexen Linse (29c) angeordnet ist, die jeweils oberhalb der Umlenkspiegel (30) angeordnet sind.