专利名称：位置基准系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电梯和例如水平乘客输送的其它(乘客)输送的低成本且高性能的绝对位置基准的系统和方法。
背景技术：
位置基准系统是提供电梯轿厢沿引导通道在电梯通道中或在(乘客)车厢中的快速和准确的位置测量的控制系统的部件。位置基准系统的速度和准确度由确保特定水平的行驶质量相关的给定控制系统来确定。一个示例是位置测量应当在10ms延迟内进行并且具有1mm的准确度。考虑到电梯的较宽的工作范围(达到500m)以及(乘客)输送的停留站之间的距离较长，这些性能要求是非常严格的。除了在准确度和测量延迟方面的性能要求之外，例如在通电时出现的最小程度的校正运行是另一重要的性能要求。在本文中，“最小程度”是指小于一层楼或一个停留站的距离。
在以下的描述中，电梯通常可用作例证性地描述水平或垂直的(乘客)输送。
许多现有的用于电梯的位置基准系统基于装接到驱动马达、控制器、和独立滑轮的编码器。这些位置基准系统受到编码器读数和由子系统中的打滑、索缆延伸、机械磨损导致的实际位置之间的偏差以及/或者建筑物斜摆的不利影响。为了使得这些偏差最小化，需要基于一些固定的且已知的基准位置经常地进行校准，该基准位置表明了楼层地面和水平区域的真实位置。包括视准器读取器和视准器的视准器系统提供了这些基准位置及其检测装置。考虑该视准器系统的简单功能，该视准器系统的成本效率较低，这是因为由技工在电梯通道中安装的视准器的材料成本为$10，安装需0.5小时，并且每个楼层需要大约0.1小时进行调节。总之，在现有的位置基准系统中的一个最主要的问题是较差的性能成本比。
发明内容
因此，本发明的一目的在于，提供具有精确准确度、最小程度的校正运行、容易安装且容易维护的位置基准系统和方法。
本发明的另一目的在于提供如上所述的不需要电梯通道或引导通道安装的位置基准系统和方法。
依据本发明的位置基准系统和方法实现以上的目的。
依据本发明，提供了一种位置基准系统广义包括多个装接到静止结构件上的分隔开的颜色元件；装接到可移动结构件上以便检测分隔开的颜色元件中的一个颜色元件的装置；以及用于由检测到的颜色元件来确定可移动结构件的位置的装置。在此使用的术语“颜色”不仅代表了可见的颜色，而且还代表电磁谱中的不可见的颜色，其中包括紫外线、红外线、射频、和微波。在此使用的术语“可移动结构件”可以是电梯轿厢或水平的乘客输送装置。
另外，依据本发明，提供了一种位置基准方法，其广义包括将多个分隔开的颜色元件装接到静止结构件上；检测分隔开的颜色元件中的一个颜色元件；以及由检测到的颜色元件来确定可移动结构件的位置。
参照附图并结合以下的具体实施例可更好地理解本发明的位置基准系统和方法的其它细节以及其它的目的和优点，附图中的相同附图标记表示相同的部件。
图1是基于电荷耦合器件(CCD)的基准系统的示意图；图2是是彩色CCD图像的红、绿、蓝(RGB)分解的示意图；图3A和3B是依据本发明的位置基准系统的示意图；和图4是基于颜色码(CiC)CCD的基准系统的示意图。
具体实施例方式
现参照附图，图1示出了一维的基于电荷耦合器件(CCD)10的相对位置基准系统是如何工作。也就是说，反射器11由光源或线性照射源12来照射。当光由反射器11反射时，形成光图像13。照相机10优选为CCD感测装置检测到至少部分的光图像13并且将检测到的光图像转变成电信号，该电信号传送到处理单元14例如预编程的计算机并且存储在与该处理单元14相关的存储器16中。通过使用在处理单元14中已经编程的信号处理算法，可计算出反射器11的中心18相对于CCD装置10的中心的位置。该信号处理算法可包括子像素分辨信号处理算法并且可包括现有技术中的用于以这种方式计算相对位置的已知的任何适当的算法。
CCD装置10优选为是彩色CCD感测装置。可由彩色CCD10例如彩色照相机检测的彩色图像可分解成三基色图像，即红、绿、蓝(RGB)，如图2所示。现今的彩色CCD对于每一种三基色具有12位的色浓度，这意味着理论上彩色CCD可分辨236种颜色。这意味着理论上可以通过使用由彩色CCD传感器10解码的颜色来进行236位的信息的编码。在三基色中，一种颜色可用于定位，并且可称为定位颜色。在给定光源的情况下，在每一反射器的CCD图像中该定位颜色的亮度彼此相等，例如100％亮度，在该意义上所有的反射器对于该定位颜色进行相同着色。在此，定位机构严格与图1所示相同。其它两种基色称为编码颜色，并且在相对于该定位颜色标准化之后，这两种颜色的组合包含某种特定的位置信息。例如，把蓝色认定是定位颜色，而红色和绿色是编码颜色。对于500m的建筑物而言，500种不同的颜色足以用于位置分辨(典型的CCD装置10的感测范围被认定为1.3m)。因此对于每一编码颜色的25种不同的颜色浓度是足够的。使得R、G、B分别代表红色、绿色、和蓝色的彩色CCD的亮度输出，如图2所示。另外，RB和GB定义为RB＝[25×R/B]，GB＝[25×G/B]其中，[a]等于小于a的最大整数，并且该定位颜色的亮度为100％。在此注意，以上等式表示的标准化过程是所需的，这是由于不均匀的照明亮度以及例如太阳光的任何额外照明可能以相同的比率改变反射器的R、G、B。在此描述的标准化过程消除了由亮度变化导致的解码错误的可能性。
以下给出了解码表表1解码表
即，如果RB和GB分别为1和24，则可以从表1中看出解码数是50。由该解码数，可以确定被照射的反射器的特定颜色元件42，并且可以计算CCD装置10和装接有该CCD装置的电梯轿厢的位置。在使用这种方案中，在反射器上的颜色可以选择成便于确保它们的解码位置信息在光源亮度的预期变化的情况下是相同的。
在使用500种不同颜色反射器的成本太高的情况下，可以使用不同颜色的阵列以便对位置信息进行编码。例如，六种不同颜色的4单元阵列可覆盖超过位置信息的500种不同颜色。
现参照图3A和3B，其中示出了依据本发明的位置基准系统30的结构和工作机构。在该系统30中，多个分隔开的反射器或颜色元件42安装在电梯通道中的静止结构件上，例如门框40或墙上。包括CCD传感器盒48的CCD组件32优选为在电梯轿厢的一侧上装接到框架34上，但是其可以定位在轿厢的其它位置，例如轿厢的底部。一个或多个光源12可设置在框架34上以便照射在轿厢附近的反射器42。
在工作中，来自光源12的光照射在轿厢附近的反射器42上。由反射器42反射的光由CCD传感器盒48检测到，在CCD传感器盒中光转换成代表基色即红、绿、蓝的电信号。电信号传送给预编程的处理器14，由此可确定电梯轿厢的位置。如上所述，基色即红、绿、蓝中的一种颜色选定为定位颜色。代表其余基色的信号进行如上所述的标准化。由标准化的信号和存储在与处理器14相关的存储器中的解码表，可确定对于被检测的反射器或颜色元件42的解码数。该解码数识别被检测的反射器或颜色元件42。通过使用该信息以及其在CCD传感器盒48的视域的范围内的位置，可确定电梯轿厢的位置。
如果需要，CCD传感器盒48还可以用于在其视域范围内检测反射器42的上和下边缘。通过使用代表在CCD传感器盒48的视域范围内的该上和下边缘的位置的电信号，可确定电梯轿厢的精确位置。
现参照图3B，其中示出了用于解决两个问题的方案。一个问题是关于周围光的影响。在该方案中，密封的导光件20用于解决该问题。另外，对于透明的电梯通道而言，每一光源12可以是偏振的线性光源。此外，如果需要，在密封的导光件20上可设置偏振窗口22。偏振的线性光源12和偏振窗口22的设置对于周围光的影响而言增大了信噪比。
该方案解决的另一个问题是烟雾。即使在存在烟雾的情况下，线性光源12和密封的导光件20也可提供足够清晰的图像，这是因为在烟雾中光的传播路径通过使用线性光源12和密封的导光件20可减至最小。所希望的是，反射器42和CCD组件32之间的距离小于3.0cm。
为了实现反射器图像的亮度恒定且与反射器42相对于CCD组件32的位置的位置无关，可使得线性光源12具有在空间中不均匀的照明亮度特性。例如，光源12的照明亮度在光源的两个端部最高，而在光源的中心处最低。
图4示出了基于CIC CCD的位置基准系统的结构和工作。在该附图中，门框40设置有多个彩色反射器42。带有上CCD感测装置48和下CCD感测装置48’的CCD组件32安装在与电梯轿厢35连接的框架34上。至少一个光源12与上CCD感测装置48和下CCD感测装置48’中的每一个相关。
通过使用图4所示的结构，可实现以下功能。假设除了在直达区域端部的两个楼层地面之外任何两个相邻的楼层地面之间的距离在1.3m加上轿厢高度的范围内，可实现用于控制系统的正常位置反馈。两个CCD传感器48和48’提供了高度准确的位置以及在电梯通道内在任何位置的速度测量。在直达区域中，多个反射器位于直达区域的两个端部的每一端部处。因此，在该直达区域开始之前且在该直达区域刚结束之后，本发明的位置基准系统可提供精确的定位。在直达区域中可以通过开环控制来实现定位，这是因为在直达区域中没有停留站。在楼层间距较大的情况下，例如酒店的大厅，可使用相同的方法。
通过在正常终端停站装置(NTSD)和紧急终端停站装置/紧急终端限速装置(ETSD/ETSLD)的区域中每1.3m安装反射器，每一CCD组件48和48’独立地提供速度和位置测量信息，其中一个用于NTSD，而另一个用于ETSD/ETSLD。
如图4所示，该系统还提供了使得校正运行最小化的能力。假设除了在直达区域端部的两个楼层地面之外任何两个相邻的楼层地面之间的距离在1.3m加上轿厢高度的范围内，则可实现无校正运行的能力。在直达区域中，可安装长的反射器，其覆盖直达区域的上/下半部，或者以正常的楼层间距安装正常的反射器。随后，基于存在的反射器，电梯轿厢至少可以确定距离该轿厢最近的楼层的位置。在电力重新接通之后，确定向何处移动即向上或向下移动是唯一所需的功能。应当注意，将长带或单独的CIC反射器安装在电梯通道上可以容易地实现。或者，在电力恢复之后，电梯可随意地上升或下降直到发现楼层地面。这仍然是进行最多一个楼层的校正运行。
本发明的位置基准系统和方法提供了多个优点(1)在电梯通道或引导通道中任何位置的高准确度；(2)较高的位置更新率；(3)很少的或几乎没有电梯通道或引导通道的安装，较低的安装成本；(4)由于结构简单因此维护成本较低，没有机械磨损，且容易维修；(5)由于广泛适用性因此管理成本较低；以及(6)校正运行最小化。
尽管参照电梯位置基准系统来描述本发明的位置基准系统，但是相同的系统可用于确定水平乘客输送系统的位置。在这种系统中，静止结构件可以是在输送引导通道中的门框，并且可移动的结构件可以是用于大致水平或相对于水平轴线以一角度输送乘客的乘客车厢或装置。一个或多个光源和感测装置可以固定到可移动结构件上。
尽管本发明的位置基准系统是参照用于检测红、绿、蓝色的感测装置来进行描述的，但是该感测装置还可检测在磁谱中具有独特波长的不可见颜色，其包括但不限于，紫外线、红外线、射频、和微波。在这方面中，每一颜色元件42可反射电磁谱的独特波长。
明显的是，本发明的位置基准系统可完全实现上述的目的、装置、和优点。尽管本发明的位置基准系统是参照其特定实施例来进行描述的，但是本领域的普通技术人员在阅读以上描述的基础上可理解其它的替代形式、改变、和变型。因此，这些替代形式、改变、和变型落在后附的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种位置基准系统，其包括多个装接到静止结构件上的分隔开的颜色元件；装接到可移动结构件上以便检测所述分隔开的颜色元件中的一个颜色元件的装置；以及用于由所述检测到的颜色元件来确定所述可移动结构件的位置的装置。
2.如权利要求1所述的位置基准系统，其特征在于，该静止结构件是电梯通道，该可移动结构件是电梯轿厢。
3.如权利要求2所述的位置基准系统，其特征在于，该检测装置包括至少一个照相机，其用于确定所述检测到的颜色元件的颜色并且检测所述检测到的颜色元件的上边缘和底边缘。
4.如权利要求3所述的位置基准系统，其特征在于，每一所述颜色元件反射电磁谱的独特波长。
5.如权利要求3所述的位置基准系统，其特征在于，所述至少一个照相机安装到该电梯轿厢的侧面上，该静止结构件是该电梯通道中的门框，并且所述多个分隔开的颜色元件包括装接到该门框上的多个不同着色的元件。
6.如权利要求3所述的位置基准系统，其特征在于，该检测装置检测所述检测到的颜色元件的多个独特颜色部分，并且该确定装置选择所述多个独特颜色部分中的一个作为定位颜色，并使得所述多个独特颜色部分中的其余颜色部分相对于该定位颜色标准化，并由所述多个独特颜色部分的所述标准化的颜色部分确定对于该检测到的颜色元件的解码数，并且由该解码数来识别该检测到的颜色元件。
7.如权利要求3所述的位置基准系统，其特征在于，该检测装置还包括用于照射所述颜色元件中的所检测到的一个颜色元件的线性照射源和照相机设备。
8.如权利要求7所述的位置基准系统，其特征在于，该照相机设备包括CCD(电荷耦合器件)照相机。
9.如权利要求8所述的位置基准系统，其特征在于，该CCD照相机包括CCD传感器、透镜、和导光件。
10.如权利要求3所述的位置基准系统，其特征在于，该检测装置包括装接到该电梯轿厢的第一部分上的第一照相机设备和装接到该电梯轿厢的第二部分上的第二照相机设备，该第一和第二照相机设备独立地工作以便提供额外的速度和位置信息。
11.如权利要求1所述的位置基准系统，其特征在于，该静止结构件是输送引导通道，该可移动结构件是乘客车厢。
12.如权利要求11所述的位置基准系统，其特征在于，该检测装置包括至少一个照相机，其用于确定所述检测到的颜色元件的颜色并且检测所述检测到的颜色元件的上边缘和底边缘。
13.如权利要求12所述的位置基准系统，其特征在于，每一所述颜色元件反射电磁谱的独特波长。
14.如权利要求12所述的位置基准系统，其特征在于，所述至少一个照相机安装到该乘客车厢的侧面上，该静止结构件是该输送引导通道中的门框，并且所述多个分隔开的颜色元件包括装接到该门框上的多个不同着色的元件。
15.如权利要求12所述的位置基准系统，其特征在于，该检测装置检测所述检测到的颜色元件的多个独特颜色部分，并且该确定装置选择所述多个独特颜色部分中的一个作为定位颜色，并使得所述多个独特颜色部分中的其余颜色部分相对于该定位颜色标准化，并由所述多个独特颜色部分的所述标准化的颜色部分确定对于该检测到的颜色元件的解码数，并且由该解码数来识别该检测到的颜色元件。
16.如权利要求12所述的位置基准系统，其特征在于，该检测装置还包括用于照射所述颜色元件中的所检测到的一个颜色元件的线性照射源和照相机设备。
17.如权利要求16所述的位置基准系统，其特征在于，该照相机设备包括CCD(电荷耦合器件)照相机。
18.如权利要求17所述的位置基准系统，其特征在于，该CCD照相机包括CCD传感器、透镜、和导光件。
19.如权利要求12所述的位置基准系统，其特征在于，该检测装置包括装接到该乘客车厢的第一部分上的第一照相机设备和装接到该乘客车厢的第二部分上的第二照相机设备，该第一和第二照相机设备独立地工作以便提供额外的速度和位置信息。
20.一种用于确定可移动结构件的位置的方法，其包括以下步骤将多个分隔开的颜色元件装接到静止结构件上；使用装接到该可移动结构件上的检测装置来检测所述分隔开的颜色元件中的一个颜色元件；以及由所述检测到的颜色元件来确定所述可移动结构件的位置。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，该检测步骤包括用照射源照射所述颜色元件并且用感测装置获取被反射的图像。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，该检测步骤包括获取包含多个基色的被反射彩色光图像，并且该确定步骤包括选择所述基色中的一个基色作为定位颜色并且使得其余颜色相对于该定位颜色标准化。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该位置确定步骤包括确定对于所述颜色元件的解码数并且由所述解码数来识别所述颜色元件并确定该可移动的结构件的位置。
全文摘要
本发明涉及一种用于垂直或水平输送装置例如电梯的位置基准系统和方法。该位置基准系统包括多个装接到静止结构件(40)例如电梯通道或引导通道中的门框上的分隔开的颜色元件或反射器(42)；用于照射其中一个反射器的光源(12)；以及用于获得被照射的反射器的图像的感测装置(10、48、48’)。由该感测装置获取的图像用于确定输送装置例如电梯轿厢的位置和/或速度。
文档编号G01B11/14GK1720188SQ02830131
公开日2006年1月11日 申请日期2002年12月30日 优先权日2002年12月30日
发明者J·-H·欧, P·康, A·芬, P·-Y·彭 申请人:奥蒂斯电梯公司