Gattungsgemäße Sensoranordnungen sind beispielsweise als Abstandssensoren für Kräne aus dem Stand der Technik bekannt. Abstandssensoren werden verwendet, um bei Laufkränen oder Laufkatzen den Abstand des Krans vom Endpunkt einer Kranbahn oder den Abstand des Krans von einem zweiten, auf derselben Kranbahn fahrenden Kran zu bestimmen und die Motorsteuerung des Krans derart zu beeinflussen, daß bei Unterschreiten eines Mindestabstands die Fahrgeschwindigkeit des Krans herabgesetzt oder der Kran schließlich vollkommen gestoppt wird. Die bekannten Sensoranordnungen arbeiten üblicherweise mit einem Lichtstrahl im Infrarotbereich, dessen Laufzeit zu einem am gegenüberliegenden Objekt angebrachten Reflektor gemessen wird, woraus sich die Entfernung unmittelbar ergibt.

Andere bekannten Sensoren erfassen ein längs der Laufbahn angebrachtes Lineal aus Markierungen, bei dem entweder die Markierungen abgezählt werden und der Sensor auf diese Weise die Position ausgehend von einer Startposition errechnet, oder es ist ein sogenannter Greycode aufgebracht, bei dem der Sensor auch ohne die Referenz eines Anschlagpunktes innerhalb einer gewissen Genauigkeit ermitteln kann, wo der Sensor gerade steht.

Bei den Laufzeitsensoren ergibt sich insbesondere bei langen Kranbahnen im Freien gelegentlich das Problem, daß die Sichtverhältnisse beeinträchtigt werden können. Dies führt bei den zum Teil mehrere hundert Meter langen Kränen beispielsweise bei Nebel dazu, daß das Signal vollkommen verloren geht und die damit verknüpfte Sicherheitsfunktion ausfällt. Dies gilt auch bei Verwendung von infrarotem Licht, bei dem die Reichweite etwa der doppelten optischen Sichtweite entspricht.

Derartige Konditionen treten insbesondere in Hafenbereichen relativ häufig ein.

Inkrementale Sensoren unterliegen keinen Einschränkungen durch begrenzte Sichtweiten bei Nebel, sie erfordern jedoch in der einfachen Version, bei der lediglich Markierungen eines Maßbandes abgezählt werden, am Beginn der jeweiligen Messung eine Referenzierungsfahrt, bei der der Endanschlag detektiert wird. Dieser Fall tritt beispielsweise bei einem Stromausfall ein. Die Codierung von Kranbahnen mit dem Greycode-Verfahren ist aufwendig und entsprechend teuer, da über die gesamte Länge der Kranbahn die Codierung eine eindeutige Positionsbestimmung ermöglichen muß.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, bei denen technisch relativ einfache Sensormittel eine hohe Genauigkeit ermöglichen, am Beginn einer Messung oder Stromausfall keine Referenzierungsfahrt erforderlich ist und die Verwendung von einfachen Markierungen entlang der Kranbahn ausreichend ist.

Diese Aufgabe wird von einer Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weil neben dem Entfernungsmesser für den absoluten Abstand zu einem benachbarten Objekt auf Basis der Laufzeit ein zweiter Entfernungsmesser vorgesehen ist, der eine Position der Vorrichtung relativ zu an der Bahn angeordneten Markierungen erfaßt, kann am Beginn einer Messung über den Laufzeitsensor zunächst mit der inhärenten Genauigkeit dieses Sensors die Position bestimmt werden.

Die exakte Position mit einer Genauigkeit im Bereich von wenigen Millimetern kann dann über den Inkrementalsensor erfaßt werden. Wenn während des Betriebs sich die Sichtbedingungen verschlechtern, kann der Inkrementalsensor über das Herauf-oder Herunterzählen der Bahnmarkierungen die Position kontinuierlich weiterverfolgen und ermitteln, auch wenn der Laufzeitsensor unterbrochen ist. Der Inkrementalsensor kann dabei in besonders einfacher Weise mit einzelnen Markierungen entlang der Bahn arbeiten und benötigt keine Codierung, da die Anfangsinformation von dem Laufzeitsensor übermittelt wird.

Der zweite Sensor ist vorzugsweise ein Inkrementalsensor, der ein ortsauflösendes Detektormittel und eine Optik zur Projektion der Markierungen auf das Detektormittel aufweist. Mit diesen Merkmalen sind relativ preiswerte Sensoren realisierbar, die dennoch eine Genauigkeit im Bereich von 1 mm erreichen. Die Fortschreibung des Ortes bei unterbrochenem Laufzeitsensor wird besonders einfach möglich, wenn die Markierungen in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, beispielsweise in Abstände von jeweils einem Meter. Weiter können die Markierungen bestimmten Objekten entlang der Laufbahn zugeordnet sein und gegebenenfalls in unregelmäßigen Abständen angeordnet sein, wenn nicht die absolute Entfernung von dem Endpunkt der zu ermittelnde Wert ist, sondern eine relative Position zu dem markierten Objekt angefahren werden soll.

Eine derartige Anforderung besteht beispielsweise bei Aufzügen, die eine definierte Position bezüglich einer Geschoßebene eines Gebäudes anfahren müssen.

Es kann weiter vorgesehen sein, daß der erste und/oder der zweite Entfernungsmesser dazu vorgesehen ist, Daten mit dem Meßstrahl zu übertragen. Im Falle von zwei Kränen, die eine gemeinsame Kranbahn benutzen, kann so die Information über Position, Geschwindigkeit und relative Abstand der Krane jeweils in beiden Kränen vorliegen. Bei Ausfall eines Sensorsystems kann das jeweils andere Sensorsystem die kompletten Bewegungsdaten beider Kräne ermitteln und redundant vorhalten.

In einer konkreten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß ein gemeinsames Auswertmittel für den ersten und den zweiten Entfernungsmesser vorgesehen ist. Dieses Auswertmittel kann dann aus beiden Signalen die Position mit einer großen Zuverlässigkeit und Genauigkeit errechnen. Weiter kann vorgesehen sein, daß der erste Entfernungsmesser oder ein dritter Entfernungsmesser die Entfernung zu einem ebenfalls entlang der Laufbahn beweglichen Objekt, beispielsweise einem zweiten Laufkran, mißt und die Position des beweglichen Objekts an den ersten Entfernungsmesser oder an das Auswertemittel übertragen wird. In diesem Fall liegen sowohl Informationen über den Abstand zu einem festen Bezugspunkt als auch die Information über den Abstand zum nächsten relativ beweglichen Objekt vor. Weiter kann vorgesehen sein, daß das Auswertmittel dazu eingerichtet ist, die von dem ersten und dem zweiten Entfernungsmesser und gegebenenfalls dem dritten Entfernungsmesser miteinander zu vergleichen und die absolute Position, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der Vorrichtung auf der Laufbahn sowie gegebenenfalls den Abstand zu einem benachbarten beweglichen Objekt zu berechnen. Bei dieser Ausführungsform werden die kompletten Bewegungsvariablen der verfahrbaren Vorrichtung ermittelt, und in Kenntnis der anwendbaren Konstanten kann in jedem Zustand die maximale Dynamik des Systems voll ausgeschöpft werden.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer entlang einer Laufbahn verfahrbaren Vorrichtung mit wenigstens einer Sensoranordnung der oben beschriebenen Art ist folgendes vorgesehen : a) Ermitteln der absoluten Position der Vorrichtung auf der Laufbahn auf Basis des ersten Entfernungsmessers mit einem Meßfehler von weniger als dem halben Abstand zweier benachbarter Markierungen ; und b) ermitteln der relativen Position der Vorrichtung zu der nächstliegenden Markierung mit einem geringeren Meßfehler als bei dem Schritt a).

Mit diesem Verfahren ist auf Basis des ersten Entfernungsmessers eine eindeutige Identifizierung der jeweils nächstliegenden Markierung möglich. Die genaue Position relativ zu dieser Markierung kann mit dem zweiten Entfernungsmesser bestimmt werden. Damit ist die Position einer Vorrichtung entlang einer Laufbahn eindeutig festgelegt. Hierbei werden vorzugsweise die Schritte a) und b) gleichzeitig synchron ausgeführt, wodurch Schleppfehler vermieden werden, die bei einer sequentielle Ausführung der Schritte ohne Kompensation zu Differenzen im Messergebnis führen würden.

Wenn weiter vorgesehen ist, daß die absolute Position der Vorrichtung aus der Kombination der Ergebnisse der Schritte a) und b) und einer bekannten Position der Markierungen ermittelt wird, so wird auch der Absolutwert des Abstandes zwischen der Vorrichtung und einem festen Bezugspunkt, beispielsweise dem Ende der Kranbahn oder eines Aufzugschachtes, eindeutig mit hoher Genauigkeit ermittelbar. Wenn zusätzlich das Ermitteln der vollständigen Bewegungsdaten (Ort, Geschwindigkeit, Beschleunigung) der Vorrichtung vorgesehen ist, so kann bei dem Verfahren der Vorrichtung das volle Geschwindigkeits-und Beschleunigungs-bzw.

Bremspotential ausgeschöpft werden.

Wenn weiter vorgesehen ist, die Bewegungsdaten und/oder den Abstand zu einer benachbarten, im wesentlichen gleichartigen Vorrichtung an die benachbarte Vorrichtung zu übertragen, so können auch die Bewegungsdaten der benachbarten Vorrichtung in eine Berechnung der möglichen Bewegungen hinsichtlich Geschwindigkeit, Beschleunigung und Bremsen einbezogen werden. Auf diese Weise kann auch, wenn die beiden Vorrichtungen sich aufeinander zu bewegen, das volle zur Verfügung stehende Geschwindigkeitspotential genutzt werden.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, einen Antrieb der Vorrichtung derart zu steuern, daß eine Kollision mit den Enden der Laufbahn und/oder der benachbarten gleichartigen Vorrichtung ausgeschlossen wird. Der automatische oder halbautomatische Betrieb von derart ausgestatteten Vorrichtungen wird damit möglich.

Eine vorteilhafte Anwendung der insoweit beschriebenen Sensoren und Verfahren ergibt sich insbesondere bei Laufkränen, Aufzügen und Staplern für Hochregallager.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Es zeigen : Figur 1 : Einen einzelnen Laufkran mit zwei Entfernungsmessern auf Laufzeitbasis bzw. inkrementaler Basis ; Figur 2 : zwei Laufkran mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung auf einer gemeinsamen Laufbahn ; sowie Figur 3 : eine Krananlage mit insgesamt drei Laufkränen auf einer gemeinsamen Kranbahn.

In der Figur 1 ist eine Laufkran 1 in einer Draufsicht dargestellt. Der Laufkran 1 ist entlang einer Kranbahn 2 linear verfahrbar. An einem stirnseitigen Ende der Laufbahn 2 ist eine optischer Reflektor 3 angeordnet.

Weiter ist seitlich neben der Kranbahn 2 ein Maßstab aus äquidistant angeordneten Markierungen 4 vorgesehen.

Der Kran selbst trägt einen ersten Entfernungsmesser 6, der durch Aussendung eines gepulsten Meßstrahls 7 entlang einer Meßstrecke die Entfernung zum Reflektor 3 bestimmt.

Weiter ist ein zweiter Entfernungsmesser 8 vorgesehen, der durch Aussendung eines kontinuierlichen Meßstrahls 9 die Position relativ zur nächstliegenden Markierung 4 ermittelt. Weiter sind der erste Entfernungsmesser 6 und der zweite Entfernungsmesser 8 über Verbindungsleitungen 10 mit einer gemeinsamen Steuerung 11 verbunden, die wiederum auch die (nicht dargestellte) Motorsteuerung des Laufkrans 1 birgt.

Im Betrieb wird über den ersten Entfernungsmesser 6 durch Aussendung des Meßstrahls 7 und dessen Laufzeit zum Reflektor 3 und zurück die Entfernung des Krans 1 von dem Reflektor 3 bestimmt. Diese Entfernungsbestimmung erfolgt mit einer Genauigkeit, die besser ist als der halbe Abstand des von zwei Markierungen 4 zueinander. Der zweite Entfernungsmesser 8 sendet den beispielsweise kontinuierlichen Meßstrahl 9 auf die Markierungen, die ihrerseits wieder von strichförmigen Retroreflektoren gebildet sind. Die nächstliegende Markierung 4 reflektiert das Licht des Meßstrahls 9 und wird über eine Optik beispielsweise auf eine CCD-Zeile abgebildet, deren Auflösung mit 256 Pixeln etwa eine Genauigkeit von 1 mm ermöglicht, falls die Markierungen einen Abstand von einem Meter voneinander aufweisen. Die Steuerung 11 ermittelt nun, in der Nähe welcher Markierung 4 sich der Kran befindet, während die aus dem zweiten Entfernungsmesser 8 gegebene Information die exakte Lage des Krans 1 bezüglich der individuellen Markierung 4 ergibt. Beide Informationen werden zusammen mit der Kenntnis des Abstandes der einzelnen Markierungen vom Ende der Laufbahn 2 ausgewertet und ergeben damit die exakte, millimetergenaue Position des Laufkrans 1 auf der Laufbahn 2. Diese Messungen werden kontinuierlich fortgeführt, so daß auch bei einer Unterbrechung des Meßstrahls 7 die Position anhand der Weiterzählung der einzelnen Markierungen 4 kontinuierlich ermittelt werden kann.

In der Figur 2 ist eine Anordnung aus zwei Laufkränen 1 und 1 dargestellt, wobei gleiche Bauelemente gleiche Bezeichnungen wie in der Figur 1 tragen. Die dem zweiten Laufkran 1 zugeordneten, korrespondierenden Bauelemente sind jeweils mit einem Strich gekennzeichnet. Ergänzend zu der Darstellung gemäß Figur 1 trägt der Kran 1 einen dritten Entfernungsmesser 13, der entlang eines Meßstrahls 14 einen Meßimpuls zu einem Reflektor 15 aussendet. Der Reflektor 15 ist dabei fest an dem zweiten Laufkran 1 angeordnet. In entsprechender Weise wird ein dritter Entfernungsmesser 13 des zweiten Laufkrans 1 auf den ersten Laufkran 1 ausgerichtet und sendet ein Signal entlang der Meßstrecke 14 auf den Reflektor 15, der wiederum am ersten Laufkran 1 angeordnet ist. Der zweite Laufkran 1 ermittelt dabei seine Position relativ zu dem dem Reflektor 3 gegenüberliegenden Ende der Laufbahn 2, indem ein Meßstrahl 7 auf einen fest angeordneten Reflektor 3 gerichtet und die Laufzeit eines Impulses gemessen wird.

Bei dieser Vorrichtung kann zunächst jeder der Kräne 1, 1 wie im Zusammenhang mit der Figur 1 beschrieben seine absolute Position gegenüber dem Reflektor 3 bzw. 3 mit dem ersten Entfernungsmesser 6, 6 bestimmen. Die Relativposition zu einer Markierung 4 wird von einem Entfernungsmesser 8, 8'ermittelt, der inkremental arbeitet. Daraus ergibt sich für jede Steuerung 11, 11 in eindeutiger Weise die genaue Position des Laufkrans 1, 1 auf der Laufbahn 2, ohne eine Referenzierungsfahrt durchführen zu müssen.

Die relative Entfernung der Laufkräne 1, 1 zueinander wird durch den jeweils dritten Entfernungsmesser 13, 13 mit Bezug auf den gegenüberliegenden Reflektor 15, 15 ermittelt, so daß auch hier in Kenntnis der Bewegungsdaten der Kräne 1, l'die vollständige Information über im Rahmen des Sicherheitsbereichs zulässige Bewegungen vorliegen und die Kransteuerung 11, 11 den Kran 1, 1 bei bedarf automatisch verfahren und insbesondere abbremsen kann. Da über die Meßstrahlen 14, 14 alle auf den Kränen 1, l'vorliegenden Meßdaten vom Entfernungsmesser 13, 13' zu einem im Reflektor 15, 15 integrierten Datenempfänger 16, 16'übertragen werden, liegen insbesondere bei Ausfall eines der Sensoren 6, 6, 8, 8 oder 13, 13noch immer sämtliche Informationen über die Bewegung beider Kräne aus dem jeweils intakt gebliebenen System vor. Die aus drei Sensoren ermittelte Information reicht aus, um die kompletten Bewegungsgleichungen vollständig lösen zu können.

Insoweit ist eine volle Redundanz des Sensorsystems gegeben.

In der Figur 3 ist ein weiteres System mit insgesamt drei Laufkränen auf einer Laufbahn 2 vorgesehen. Bei diesen drei Kränen sind im wesentlichen die gleichen Elemente wie in der Figur 2 vorgesehen. Der jeweils dritte Kran ist mit seinen zugehörigen Bauelementen mit zwei Strichen gekennzeichnet.

Die beiden äußeren Kräne 1, 1 weisen wie in der Figur 2 jeweils einen ersten Entfernungsmesser 6, 6 zur Bestimmung der Distanz zu einem gegenüberliegenden, ortsfesten Reflektor 3, 3 sowie einen Inkrementalsensor mit einem zweiten Entfernungsmesser 8, 8" auf. Der mittlere Kran 1 weist neben dem Inkrementalsensor 8 einen ersten Entfernungsmesser 13 und einen zweiten Entfernungsmesser 23 auf, der die relative Entfernung zu dem jeweils gegenüberliegenden Kran 1, 1", genauer gesagt, zu dem Reflektor 15, 25, mißt.

Bei diesem System kann jeder der beiden äußeren Laufkräne wie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben seine absolute Position auf der Laufbahn 2 auf wenige Millimeter genau bestimmen. Lediglich der mittlere Kran kann mit den Entfernungsmessern 13, 23 nur die Entfernung relativ zu den benachbarten Kränen 1, 1 ermitteln und die Lage des Meßstrahls 9'bezüglich einer Markierung 4 bestimmen. Für die Errechnung einer absoluten Position auf der Laufbahn 2 ist die Übermittlung der jeweiligen aktuellen Position mindestens eines benachbarten Krans 1, 1"erforderlich.

Auch bei diesem System werden die für jeden Kran relevanten Bewegungsdaten mehrfach ermittelt, nämlich einmal von dem Kran selbst (bzw. von seiner Steuerung 11, 11, 11") und zum anderen von dem jeweils benachbarten Kran, der neben seinen eigenen Bewegungsdaten den Abstand zum Nachbarkran bestimmt. Eine Datenübertragung von einem Kran zum nächsten stellt folglich sicher, daß auch der benachbarte Kran einen vollständigen Satz von Bewegungsdaten erhält, der auch dann verfügbar bleibt, wenn einer oder mehrere Sensoren ausfallen.

Durch die Auslegung der Sensoren und die beschriebenen Verfahren wird die Kransteuerung in der Weise sicher, daß die Positionen auch bei Beeinträchtigungen der Sichtweite zuverlässig ermittelt werden können. Die für eine sichere Steuerung des Krans einerseits und für eine maximale Ausnutzung der möglichen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der Kräne andererseits erforderlichen Bewegungsdaten, die letztlich zur Lösung der Bewegungsgleichungen führen, liegen vollständig und mehrfach redundant vor. Insofern kann auch bei widrigen Bedingungen und unter Absicherung gegen Störungen die Kransteuerung halbautomatisch oder vollautomatisch arbeiten. Eine Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit durch unnötige Eingriffe in die Kranfahrten wird vermieden.

Eine Ausführung entsprechend dem in Figur 1 geschilderten Beispiel kann auch beispielsweise für Aufzüge vorgesehen sein, bei denen ein Entfernungsmesser die Absoluthöhe der Kabine bezüglich des Bodens des Aufzugschachtes bestimmt.

Ein zweiter Inkrementalsensor mißt dabei die relative Ausrichtung der Aufzugskabine bezüglich einer dem jeweiligen Geschoß zugeordneten Markierung. So kann der Aufzug mit hoher Geschwindigkeit ein Geschoß anfahren und bereits vor Erreichen der Geschoßmarkierung zum Halt bei diesem Geschoß abbremsen. Wenn dann die Geschoßmarkierung in Sichtweite des Inkrementalsensors, also des zweiten Entfernungsmessers, kommt, kann die Position millimetergenau aufgelöst werden und der Fahrstuhl mit großer Genauigkeit und großer Schnelligkeit exakt an der gewünschten Position angehalten werden. Die Geschoßhöhe des Gebäudes kann bei diesem Sensorsystem für Aufzüge variabel sein. Es kommt nicht auf den genauen Abstand der Markierungen untereinander an. So kann beispielsweise die Markierung als reflektierender Streifen bereits vom Aufzughersteller am jeweiligen Türrahmen angebracht werden, ohne daß es hier auf eine exakte Positionierung ankäme. Insbesondere kann der Aufzug auch in einem Notlaufprogramm weiter betrieben werden, wenn einer der beiden Sensoren ausfällt. Bei Ausfall des ersten Entfernungsmessers, der die absolute Entfernung zum Boden des Aufzugschachtes bestimmt, kann der Aufzug ohne Komfortbeeinträchtigungen weiter betrieben werden, indem die Markierungen beim Vorbeifahren des Aufzugs herauf- oder heruntergezählt werden und so kontinuierlich die Position des Aufzugs weiterverfolgt wird. Lediglich die Aufzugfahrt wird mit einer geringeren als der maximal möglichen Geschwindigkeit ausgeführt werden, damit eine Bremsung der Aufzugskabine rechtzeitig zum Erreichen des vorgesehenen Haltepunktes ausgeführt werden kann. Bei Ausfall des zweiten Entfernungsmessers, also des Inkrementalsensors, wird die Positionierung des Aufzugs bezüglich der jeweiligen Geschoßebene beeinträchtigt, so daß im Aufzugausgang eine Stufe entstehen kann. Die Sicherheit des Aufzugsbetriebs ist hierdurch jedoch nicht beeinträchtigt.