CN106460350B - 具有层厚度检测设备的筑路机和用于检测砌入的材料层的厚度的方法 - Google Patents

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CN106460350B CN201580014565.8A CN201580014565A CN106460350B CN 106460350 B CN106460350 B CN 106460350B CN 201580014565 A CN201580014565 A CN 201580014565A CN 106460350 B CN106460350 B CN 106460350B
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Abstract

一种筑路机，所述筑路机包括用于将材料层(42)砌入在地基(14)上的刮板(16)和用于检测砌入的材料层(42)的厚度(hB)的层厚度检测设备。层厚度检测设备包括用于检测距砌入的材料层(42)的第一间距的第一传感器(38)和用于检测距地基(14)的第二间距的第二传感器(40)。层厚度检测设备牢固地固定在刮板(16)上。

Description

具有层厚度检测设备的筑路机和用于检测砌入的材料层的厚 度的方法
技术领域
本发明涉及一种筑路机、尤其具有层厚度检测设备的筑路机以及一种用于检测通过这种筑路机砌入到地基上的材料层的厚度的方法。
背景技术
通常，具有履带式行走装置的筑路机在准备好的地基上行驶，待制成的路面或待制成的道路铺面需施加在所述地基上。通常，砌入的道路铺面是含沥青的材料，但其中同样能够砌入砂质层或多石层或混凝土层。在行驶方向上的后方，在筑路机上设置有高度可调节的刮板，在所述刮板的前侧上堆积道路铺面材料的储备，所述道路铺面材料通过输送装置输送和分配，所述输送装置确保：在刮板的前侧上总是保持储备充分的、然而不过大量的道路铺面材料。刮板的后缘相对于准备好的地基的表面的高度确定在路面通过辊压随后进一步加固之前的制成的路面的厚度，所述地基必要时也能够通过旧的路面形成。刮板保持在牵引臂上，所述牵引臂围绕设置在筑路机的中部区域中的牵引作用点以可旋转运动的方式支承，其中刮板的高度由液压调节装置确定。
图1示出如例如在EP 0 542 297 A1中描述的已知的筑路机。筑路机的整体用附图标记10表示并且包括履带式行走装置12，筑路机10借助所述履带式行走装置在准备好的地基14上行驶。高度可调节的刮板16 设置在筑路机10的的在行驶方向上后方的端部上，所述刮板借助牵引臂18铰接在筑路机10上的牵引作用点20上。沥青材料的储备22处于刮板16的前方，其中该储备通过对螺旋式输送装置24的转速以相应的、已知的方式进行调节，基本上在刮板16的整个宽度范围之上保持恒定。刮板16浮在待制成的路面的沥青上。待制成的路面在其通过压路机最终加固之前的厚度通过调节刮板16的后缘26的高度位置调整来设定。该高度调节通过改变刮板16的定位角引起，并且典型地通过控制调节缸来进行，所述调节缸接合到牵引臂18的前端部上。筑路机包括三个超声传感器28、30、32，所述超声传感器固定在固持装置34上。固持装置34固定在牵引臂18上。三个超声传感器28、30、32用于扫面参考面，所述参考面例如能够通过路面的已制成的或旧的道路构成。
在建造道路时期望的是：尽可能连续地并且实时地测量所产生的层。例如期望确定层厚度，以便控制新砌入的路面的质量。如果例如含沥青的层的计算的层厚度太低，那么存在道路铺面过早断裂的危险，其后果是道路铺面的花费巨大的修理。另一方面，对层厚度检查所使用的材料量，以便不使用过多材料，这导致成本提高。
例如在EP 2 535 456 A1、EP 2 535 457 A1或EP 2 535 458 A1中描述用于确定新砌入的道路铺面的层厚度的已知的系统。该已知的系统的缺点是：所述系统在机械和信号处理方面是耗费的并且尽管如此在确定层厚度时不具有足够的精度。
US 7,172,363 B2描述具有传感器框架的筑路机，所述传感器框架具有侧向的高度传感器、在刮板前方的前部的高度传感器和在刮板后方的后部的高度传感器，所述传感器分别测量距地基的间距。传感器框架刚性地固定在刮板和/或牵引臂上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于确定通过筑路机砌入的材料层的层厚度的改进的方案，所述方案是较少耗费的，并且所述方案以提高的精度来确定层厚度。
该目的通过根据权利要求1的筑路机，并且通过根据权利要求14 的方法实现。
根据本发明的筑路机是有利的，因为层厚度检测设备牢固地固定在刮板上，使得实现层厚度的更精确的检测，因为测量设备固定在进行实际砌入的位置处。用于检测层厚度的坐标系的原点位于刚好发生实际的材料砌入的位置处。此外，根据本发明的方案简化安装，因为层厚度检测设备仅必须固定在刮板上、尤其不需要固定在筑路机的其他区域上，这例如由于筑路机的运动对测量系统产生负面影响。
此外，根据本发明的方案是有利的，因为仅可简单确定的变量用于计算、即将通过传感器检测到的间距信号以及传感器相对于刮板后缘的可良好确定的间距用于计算，使得能够以简单的方法和方式用少量信号处理方面的耗费执行精确地确定相对于进行层砌入的点、即相对于刮板后缘的层厚度。
根据实施例，第一传感器和第二传感器距刮板后缘的间距以及第一传感器和第二传感器相对于刮板后缘的安装高度是相等的，并且配置信号处理单元，以便基于由第一传感器和第二传感器的传感器信号和第一传感器和第二传感器相对于刮板后缘的安置高度检测砌入的材料层的层厚度。
根据该实施例的根据本发明的方案是有利的，因为在假设传感器相对于刮板后缘的间距相等的情况下，能够强烈简化层厚度的确定，其中在对于小的角度变化的良好的一次近似的范围中仅还将传感器信号和传感器的安置高度加入计算中。
砌入的材料层的层厚度能够如下确定：
hb＝s2+s1-2B
其中：
hB＝砌入的材料层的层厚度，
s1＝由第一传感器检测的、距砌入的材料层的第一间距，
s2＝由第二传感器检测的、距地基的第二间距，并且
B＝第一传感器和第二传感器相对于刮板后缘的安置高度。
根据另一实施例，第一传感器和第二传感器相对于刮板后缘的安置高度是相等的，并且砌入的材料层的层厚度能够如下确定：
Figure GDA0002013969570000031
其中：
hB＝砌入的材料层的层厚度，
s1＝由第一传感器检测的、距砌入的材料层的第一间距，
s2＝由第二传感器检测的、距地基的第二间距，
B＝第一传感器和第二传感器相对于刮板后缘的安置高度，
a＝第一传感器距刮板后缘的间距，并且
b＝第二传感器距刮板后缘的间距。
根据该实施例的根据本发明的方案是有利的，因为所述方案以简单的方法和方式实现层厚度的计算，其中传感器根据给定条件也能够以彼此相对于刮板后缘的不同的间距设置，其中简化计算，因为传感器以相对于刮板后缘相同的高度装配。
根据另一实施例，第一传感器和第二传感器相对于刮板后缘的安置高度是相等的，并且砌入的材料层的层厚度能够如下确定：
Figure GDA0002013969570000041
其中：
Figure GDA0002013969570000042
Figure GDA0002013969570000043
Figure GDA0002013969570000044
Figure GDA0002013969570000045
hB＝砌入的材料层的层厚度，
s1＝由第一传感器检测的、距砌入的材料层的第一间距，
s2＝由第二传感器检测的、距地基的第二间距，
B＝第一传感器和第二传感器相对于刮板后缘的安置高度，
a＝第一传感器距刮板后缘的间距，并且
b＝第二传感器距刮板后缘的间距。
根据该实施例的根据本发明的方案是有利的，因为实现层厚度的高度精确的确定，其中计算算法的优化通过以下方式实现：即测量设备的转动点被认为精确地处于刮板后缘上。
根据该实施例的根据本发明的方案是有利的，因为由于传感器以相对于刮板后缘的等于刮板厚度的高度安装，所以强烈简化安置高度的确定，例如刮板的已知的厚度或高度能够简单地规定作为安置高度，而无需用于相同的确定该安置高度的其他步骤。
根据另一实施例，第一传感器和第二传感器相对于刮板后缘的安置高度是相等的，并且配置信号处理单元，以便执行校准来确定安置高度，其中在校准时第一传感器检测距地基的间距。
根据该实施例的根据本发明的方案是有利的，因为以简单的方法和方式在校准方法的范围中，通过第一传感器在校准的范围中同样检测距地基的间距的方式，能够确定第一传感器和第二传感器的安置高度，所述第一传感器和第二传感器的安置高度是相等的。因此，根据本发明，以简单的方法和方式实现安置高度的精确确定，这在传感器以刮板后缘的高度安装的情况下也是可行的，以便尽可能精确地确定安置高度。
第一传感器和第二传感器相对于刮板后缘的安置高度能够如下确定：
Figure GDA0002013969570000051
其中：
s1＝由第一传感器检测的、距地基的第一间距，
s2＝由第二传感器检测的、距地基的第二间距，并且
B＝第一传感器和第二传感器相对于刮板后缘的安置高度。
根据另一实施例，层厚度检测设备包括至少一个承载件，所述承载件固定在刮板上，其中第一传感器以距刮板后缘的第一间距设置在承载件上，并且其中第二传感器以距刮板后缘的第二间距设置在承载件上。
根据该实施例的根据本发明的方案是有利的，因为在使用承载件的情况下能够无问题地调节传感器相对于刮板后缘的间距，使得第一传感器可靠地扫描砌入的材料层并且第二传感器可靠地扫描地基。
根据实施例，承载件包括测量杆，所述测量杆固定在刮板上，其中第一传感器以距刮板后缘的第一间距设置在测量杆的第一端部上，并且其中第二传感器以距刮板后缘的第二间距设置在测量杆的第二端部上。
根据实施例，测量杆是刚性的并且不可移动地固定在刮板的上侧上。
根据该实施例的测量杆的使用是有利的，因为由此实现测量装置简单地固定在刮板上，其中尤其由于测量杆已经在其两个端部上包括相应的传感器的事实，确保简单地固定在刮板上并且尤其也确保传感器相对于刮板的简单地定向。在其他实施例中能够提出：具有相应的传感器的多个这种测量杆沿着刮板的宽度设置。由于测量杆的刚性的设计方案并且所述测量杆的可移动的固定，确保简单的并且可靠的测量。
根据其他实施例，承载件包括刚性的第一承载件和刚性的第二承载件，所述刚性的第一承载件不可移动地固定刮板并且第一传感器以距与刮板后缘的第一间距设置在所述刚性的第一承载件上，所述刚性的第二承载件不可移动地固定刮板并且第二传感器以距刮板后缘的第二间距设置在所述刚性的第二承载件上。
该实施例是有利的，因为代替用于固定两个传感器的共同的测量杆，也能够设有分开的测量杆或分开的刚性的承载件，以便因此根据情况，将第一传感器和第二传感器例如以距刮板后缘的不同的间距和/或以不同的安置高度设置在相对于刮板后缘的不同位置上。
根据实施例，第一传感器和第二传感器包括超声传感器、激光传感器、微波传感器或由这些传感器构成的组合。
因此，根据本发明，提供一种实现在筑路机上连续确定层厚度的方案，所述层厚度的连续确定为用于求得在沥青铺设时的质量参数的最主要目的中的一个。在现有技术中，尽管已知上述的、不同的测量方法，以确定在沥青铺设时层厚度，然而未达到位于可接受范围中的精度，所述可接受的范围能够合理地用于应用。因此，根据本发明，教导一种方案：其中层厚度测量使用具有提高的精度的测量方法，所述测量方法尤其通过以下方式实现：设有牢固地安装在刮板上的测量设备。
附图说明
紧接着，参考图详细阐述本发明的实施例。其示出：
图1示出已知的筑路机；
图2示出根据本发明的一个实施例的筑路机；
图3示出刮板几何形状的示意图，如该刮板例如在如图2中示出的筑路机中使用；
图4示出XY坐标系相对于刮板后缘的位置；
图5以层厚度测量的变量的抽象化示出借助图4阐述的坐标系(XY 坐标系)；
图6示出在图3中示出的、现在适合的刮板几何形状；
图7抽象地示出借助图6阐述的测量变量和其几何关系；
图8示意性示出几何的特征变量，所述特征变量考虑用于以提高的精度确定层厚度；
图9示出类似如在图8中那样的，然而在相对于Y轴倾斜角度Δα的刮板中的示意性的刮板几何形状；
图10示出根据本发明的层厚度测量系统的可行的安装的示意俯视图；并且
图11示出根据本发明的测量设备的替选的设计方案，其中传感器经由分开的、刚性的承载件固定在刮板结构上。
在本发明的实施例的下面的描述中，相同的或相同作用的元件设有相同的附图标记。
具体实施方式
图2示出根据本发明的一个实施例的筑路机。在图2中示出的筑路机类似于在图1中示出的筑路机，然而所述筑路机包括根据本发明的层厚度检测设备。在图2中示出的筑路机包括未在图1中示出的超声传感器和示出的固持装置，代替于此，根据本发明的层厚度检测设备固定在刮板16上。替选地，能够包含用于调节材料层的砌入的、在图1中示出的传感器。在图2中示出的实施例中，根据本发明的层厚度检测设备包括承载件36，所述承载件是刚性的并且不可移动地固定在刮板16的上侧上，使得承载件36随着刮板16运动。第一传感器38沿行驶方向在刮板16后方以距刮板后缘26的间距a设置在承载件36的第一端部上。第二传感器40沿行驶方向在刮板16前方以距刮板后缘的间距b设置在承载件36的第二端部上，同样地设置产生间距信号s2的超声传感器或激光传感器。第一传感器38能够是超声传感器、激光传感器或微波传感器，并且产生间距信号s1，所述间距信号s1说明从第一传感器38距砌入的层42的表面42a的间距。第二传感器40能够是超声传感器、激光传感器或微波传感器，并且产生间距信号s2，所述间距信号s2说明从第二传感器40距地基14的间距。此外，层厚度检测设备包括在图 2中示意性示出的信号处理装置44，并且所述信号处理装置例如能够是筑路机10的控制装置的一部分。替选地，信号处理装置也能够独立于筑路机的其他元件设置。在示出的实施例中，信号处理装置44能够设计为微控制器，所述微控制器从传感器38和40经由示意性示出的连接装置46、48接收数据，所述数据反映测量的间距s1或s2。信号处理装置44基于接收的间距信号s1和s2以及基于传感器38、40距刮板后缘 26的间距a、b并且基于传感器38和40相对于刮板后缘26或在刮板后缘26之上的安置高度B确定砌入的层42的层厚度hB。信号处理装置44能够连续地或以固定预设的时间间隔检测、输出和/或存储层厚度 hB，其中为了该目的，信号处理装置还能够包括在图2中未详细示出的存储器和/或显示器。
在图2中示出的实施例中，示意性地示出承载件36并且刚性地并且不可移动地固定在刮板后缘16b上，使得承载件36进而传感器38和40也与刮板共同运动，使得通过紧接着详细阐述的方法和方式借助在处理装置44中执行的计算算法能够如上述那样确定砌入的层42的层厚度 hB。在这种情况下，传感器38和40在刮板后缘26之上的安置高度计为与刮板16的高度B或厚度B相等的高度。
用于例如在用图2中示出的筑路机10进行沥青铺设时测量层厚度的根据本发明的方法基于：设有两个高度传感器38、40，所述高度传感器设置沿着筑路机10的行驶方向的设置在一条线中，并且根据一个实施例距刮板后缘26间距对称地设置，使得传感器38测量距砌入的沥青层42的沥青表面42a的间距s1，并且传感器40测量距地基14的间距 s2。两个传感器38、40借助承载件36与筑路机刮板16刚性连接，尤其使得能够仅出现轻微扭转。
下面，借助图3详细阐述根据第一实施例的用于确定层厚度的根据本发明的方案。图3示出刮板几何形状的示意图，如所述刮板例如能够在如图2中示出的筑路机中，但也能够在其他筑路机中使用。图3示出利用间距传感器38和40以及在以所属的间距测量值s1和s2为基础的条件下用于层厚度测量的示意性结构。在图3中示出对称点S，所述对称点直接处于刮板后缘26上方，并且所述对称点由图3中示出的线L1 穿过。根据示出的实施例，如上述提及的那样，传感器38、40经由承载件36与筑路机16刚性连接，更确切地说，使得在假设的线L1方向上丝毫不出现扭转、尤其在竖直方向上不出现扭转。说明传感器相对于刮板后缘26的安置高度的间距B处于对称点S和砌入的沥青层42的表面42a之间。在示出的实施例中，间距B表示近似恒定的值，即使刮板 16以纵向倾斜移动超过牵引作用点20也如此。线L1表示传感器38和 40的参考线，并且同时也表示相对于对称点S的安置高度或安装高度。在本文中，线L1也能够称作安装参考基线。间距a和b是传感器38 和40相对于刮板后缘26或相对于对称点S的安装间距或间距。利用传感器38和40进行层厚度测量的坐标系直接处于刮板后缘26上，如这在图4中表明，所述图4示出XY坐标系相对于刮板后缘26的位置。更确切地说，坐标系的Y零点直接位于刮板后缘26上，其中刮擦棱边确定X零点。坐标系跟随在砌入过程期间刮板后缘26的运动，其中X 轴在其从零点的负向延伸中与路表面42a重合。
紧接着，为了导出根据第一实施例使用的用于层厚度hB的计算公式而参考图5，所述图5示出用于层厚度测量的测量变量的抽象概念。在图5中示出借助图4阐述的坐标系(XY坐标系)，以及砌入的层42的厚度hB以及传感器的间距测量值s1和s2，所述传感器在图2中阐述，更确切地说，从线L1开始，相对于沥青表面42a或相对于地基14的间距，所述线L1相对于坐标系的零点在正向Y方向上间距开传感器的装入高度B。在刚刚描述的实施方式中，基于：传感器38和40分别具有距零点的相等的间距、即按绝对值具有沿着X方向距零点的相等的间距。在以借助图3距5描述的几何形状为基础的条件下，根据描述的实施例，层厚度hB能够如下确定：
hB＝s2+s1-3B
(1)
如果参考线L1的倾斜度(见图3)关于Y坐标轴对称地变化，那么上述公式基本上保持其有效性，因为信号s1+s2的总和保持近似恒定，如这紧接着还更详细阐述。紧接着，详细阐述上述公式(1)的导出，其中根据示出的实施例得出如下假设：
-传感器38、40距刮板后缘26(距对称点S)的间距a、b是相等的，也就是说，a＝b
-传感器38和40处于假设的线L1上并且例如借助承载件36与刮板 16刚性地连接，
-传感器38测量距沥青表面42a的间距s1
-传感器40测量距地基14的间距s2，
-间距B是恒定的并且表示在Y方向上在线L1和刮板16的后缘26 之间的距离，并且
-线L1首先平行于地基14伸展。
在以上述假设为基础的条件下，从图5能够根据下列公式直接读出层厚度：
hB＝s2-s1＝s2-B
由于刮板的运动，现在能够产生线L1的斜度，其中借助图6示出测量系统的斜度的变化。通过线L1相对于线L1’的斜度或位置关于对称点S对称的变化，测量值s1和s2对称地变化了Δs1和Δs2，该变化例如由于刮板调整角的改变产生，如其在图6中示出。为了公式(2) 还保持有效性，线L1’必须再次平行于地基14定向，这通过以下方式实现：线L1’相对于对称点S旋转了值Δs1或Δs2，如这在图6中示例性地通过箭头50a和50b示出。如果现在将值s2’校准了Δs2，那么又获得原始的测量值s2、即针对想象的且平行于地基14(坐标轴X)伸展的线L1得出的测量值，其中所述值s2’是在刮板斜度变化的情况下通过传感器40检测的测量值。当然，值Δs2能够直接测量并且仅为能够在公式系统中求解的辅助变量。图7抽象地说明借助图6阐述的测量变量和其几何关系。在由传感器40实际测量的测量值s2’与在水平的线L1中检测到的原始测量值s2之间的上述关系如下：
s2＝s′2-Δs2 (3)
如果将公式(3)代入公式(2)中，那么得到：
hB＝s2-B＝s′2-Δs2-B (4)
现在，利用第一传感器38的测量值s1’和安置高度B描述如上述提及的、不能直接测量的值Δs2，其中如从图7得出的那样，处于对称理由下列是适用的：
Δs2＝Δs1＝B-s′1 (5)
如果将公式(5)代入公式(4)中，那么获得：
hB＝s′2-(B-s′1)-B
(6)
于是在求解之后得出：
hB＝s′2+s′1-2B
(7)
在公式(7)中，s1’和s2’是由传感器测量的间距，其中通过将测量值s1’和s2’泛化成测量值s1和s2得出公式1、即
hB＝s2+s1-2B
(8)
因此，根据本发明，如上述那样，通过将由传感器获得的测量值相加并且减去二倍的常量B获得根据所示出的实施例的层厚度。因此，根据该实施例提供简单的计算规则，所述计算规则在测量设备的机械设计方案简单的情况下且借助简单的计算算法实现具有高精度的层厚度确定。
在上述实施例中，为简单起见，以下述为基础：传感器38、40距刮板后缘26的间距是相等的，然而这不是强制性必需的，并且尤其与能够通过筑路机的结构预设的给定条件相关。然而，根据本发明的方案同样适用于非对称结构，其中传感器38和40具刮板后缘26的间距a 和b是不同的。在这种情况下，根据泰勒斯定理进行上述校准变量Δs2 或Δs1的仅一次校准，并且得出下列关系式：
Figure GDA0002013969570000121
从公式(9)得出：
Figure GDA0002013969570000122
如果再次执行公式3至8的上述推导，于是现在利用公式9得出：
Figure GDA0002013969570000123
从中在求解之后，如下得出层厚度：
Figure GDA0002013969570000131
在公式11中，常量B描述传感器38和40相对于刮板后缘26的安置高度B，如这在上面借助图3和5阐述，其中在优选的实施例中，常量B等于刮板的高度。在其他实施例中，能够以距刮板上缘16a的一定间距进行承载件的固定，使得在此常量B说明刮板的厚度以及承载件在刮板之上的附加的间距。在又一实施例中，传感器38和40相对于刮板后缘26的安置高度小于刮板厚度。
根据实施例，能够提出：在砌入开始之前执行系统的校准，以便可靠地确定用于紧接着确定层厚度的常量B。基于公式1，常量B能够如下计算：
Figure GDA0002013969570000132
该常量能够在系统校准期间确定并且保持作为恒定的特征变量存储在层厚度测量系统中。在真正砌入层42之前执行的系统校准期间，借助传感器38和40进行测量，所述传感器两者现在都以地基14为参考，因为由于缺少层42，在公式12中给出的层厚度变为零，使得在系统校准的范围中，常量B能够如下确定：
上述实施例位对于层厚度计算的良好的第一次近似，所述层厚度计算尤其在角度变化小的情况下提供非常好的且精确的结果，正如相应的试验序列和实验示出的那样。此外，该简化的方案适合用于在系统校准的范围中确定常量B。紧接着，描述实施例，其中实现层厚度的还更精确的计算，其中为了进一步优化，基于上述第一实施例，假设测量设备的转动点精确地处于刮板后缘26上。图8示意性示出考虑用于以提高的精度来确定层厚度的几何的特征变量。在图8中，假设对称点S现在处于刮板后缘26上，所述对称点在简化的计算中假设仍处于刮板上缘上、即固定承载件的位置。这为此引起：传感器38、40实施一种枢转运动，所述枢转运动不引起传感器38、40相对于在图4中示出的刮板坐标系的对称的位置变化。如借助图4已经阐述的那样，用于计算层厚度的坐标系涉及刮板后缘和新铺设的沥青层42，其中坐标系的顶点位于刮板后缘26上，并且X轴位于已经铺设的沥青层的表面42a中。如此确定的坐标系称作刮板坐标系，所述刮板坐标系在砌入期间确定。当然，刮板16本身能够在砌入期间根据刮板调整角变化在其坐标系的位置。
在图8中说明不同的恒定的参考变量，所述参考变量在根据本发明的层厚度确定中根据实施例用于高度精确地计算层厚度。确定变量a、 b和B、即传感器38和40距刮板后缘26的间距以及其相对于刮板后缘 26的安置高度。利用该确定的变量，能够计算在图8中示出的变量C1、 C2、α1、α2并且同样地还有稍后阐述的变量α1’和α2’，其中C1和C2 如下得出：
Figure GDA0002013969570000141
Figure GDA0002013969570000142
在图8中示出的角度α1和α2如下得出：
Figure GDA0002013969570000143
Figure GDA0002013969570000144
在考虑到已知的值a、b和B的条件下，角度如下得出：
Figure GDA0002013969570000145
Figure GDA0002013969570000146
图9示出类似如图8中示出的示意的刮板几何形状，然而，其中是在相对于Y轴倾斜角度Δα的刮板中，由此得出上述提及的且在图9中示出的角度α1’和α2’，其中对于任意测量值s1，如下计算角度α1’：
Figure GDA0002013969570000151
从α1’和α1中能够如下确定旋转角度Δα：
Δα＝α1-α′1
如果考虑B、C1和C2作为位置向量，那么该扭转角度Δα以相同的方式作用于这些位置向量，使得对于α2’得出下列关系式：
α′2＝α2+Δα
从图8中对于层厚度hB能够导出下列公式：
hB＝s2-hx
对于hX适用：
hB＝s2-c2·sinα′2＝s2-c2·sin(α2+Δα)
使得对于层厚度得出下列计算基础：
Figure GDA0002013969570000152
其中：
Figure GDA0002013969570000153
Figure GDA0002013969570000155
Figure GDA0002013969570000161
其中例如通过上述校准而B是已知的。
用于层厚度检测的根据本发明的方案的上述实施例相对于传统的方案是有利的，因为根据本发明的测量结构以尤其简单的方法和方式安装在刮板16上(见图2和3)，并且根据实施例例如能够集成到现有的水准仪系统中。根据优选的实施例，传感器相对于刮板后缘的间距等于刮板的厚度，使得不需要附加的砌入结构，而是根据本发明的测量结构能够简单地固定在现有的刮板上。同样地，调节超声传感器距待检测的表面的特定的间距能够是有利的，以便获得最佳的测量间距。
根据优选的实施例，传感器尽可能对称于刮板后缘安装，使得在使用根据第一实施例的计算规则时得出足够精确的结果，而不需要使用高精度的计算算法。根据实施例，能够提出：根据本发明的计算算法执行第一算法和更精确的第二算法，其中例如根据刮板的识别到的调节，例如在超出边界角，或当期望完全精确的结果时，层厚度的计算能够从第一算法转换为更精确的第二算法。
此外，在本发明的实施例中能够提出：由层厚度测量设备检测到的、涉及层厚度的数据用于在刮板位置方面对筑路机进行主动调节，以便遵循预设的层厚度。
紧接着，描述说明以何种方法和方式能够进行传感器的安装的实施例。图10示出根据本发明的层厚度测量系统的可行的安装的示意俯视图。如在图10中示出，系统包括两个承载件或测量杆36a、36b，所述测量杆如此固定在刮板16上，即要么固定在刮板上侧16b上或向上与刮板上侧隔开地固定，其中第一传感器38a、38b和第二传感器40a、 40b分别以距刮板后缘26的间距a、b设置在测量杆36a、36b的相应的端部上。除在图10中示出的设置之外，显然也能够仅设有一个测量杆，但也能够设有具有相应设置的传感器系统的、超过两个测量杆，其中通过多个传感器提高层厚度测量的扫描范围，使得调节出更高的测量值精度。
图11示出根据本发明的测量设备的替选的设计方案，其中传感器38和40经由分开的、刚性的承载件36a、36b固定。如上述那样，主要的是：所述计算算法了解：传感器38和40的安置高度，其中所述传感器也能够是彼此不同的，如这在图11中示出，以及传感器38、40距刮板后缘26的间距a或b。与传感器38、40设置在测量杆的或承载件的相反的端部上的上述实施例不同，在图11中示出的实施例中提出：传感器38设置高于传感器40，更确切地说，经由刚性的、固定在刮板上缘16b上的承载件36a设置，其中固定36a是如下方式的，即使得传感器38整体上随刮板16运动，优选地，使得不出现连接部。传感器40 经由两个承载件结构36b固定在转动刮板16的牵引臂18上，使得传感器38和传感器40以相对于刮板后缘26固定确定的、良好限定的且不变化的关系设置，使得用于确定砌入的层42的层厚度的上述方案也能够在根据图11的设计方案中使用，其中在此于是附加地还必须考虑传感器38和40的不同的高度。
上述传感器优选能够是超声传感器，然而，同样能够使用激光传感器，所述激光传感器于是为了计算层厚度提供相对于地基或相对于层42 正交的向量。其他的传感器配置能够包括超声传感器和激光扫描仪的组合，其中，其中在两个测量位置处进行仅一次简单的激光间距测量是可行的。
虽然描述与设备有关联的一些方面，要理解的是：这些方面也为相应的方法的描述，使得设备的构件或组块也应理解为相应的方法步骤或方法步骤的特征。与此类似地，接合一个方法步骤或作为一个方法步骤描述的方面也为相应的设备的相应的组块或细节或特征的描述。
根据特定的实施要求，本发明的实施例能够在硬件中或在软件中实施。实施能够利用数字存储介质执行，所述数字存储介质例如是软磁盘、 DVD、蓝光光盘、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存存储器、硬盘或其他磁存储器或光存储器，电子可读的控制信号存储在所述数字存储介质上，所述控制信号能够与可编程的计算机系统如此共同作用共同作用或与可编程的计算机系统共同作用，使得执行相应的方法。因此，数字存储介质是计算机可读的。根据本发明的一些实施例，因此包括数据载体，所述数据载体具有电子可读的控制信号，所述控制信号能够与可编程的计算机系统共同作用，使得执行在此描述的方法。
本发明的实施例通常能够作为具有程序代码的计算机程序产品实施，其中当计算机程序产品在计算机上运行时，程序代码能够执行该方法。程序代码例如也能够存储在机器可读的载体上。
其他实施例包括用于执行在此描述的方法的计算机程序，其中计算机程序存储在机器可读的载体上。
换言之，根据本发明的方法的实施例因此是计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时，所述计算机程序具有用于执行在此描述的方法的程序代码。根据本发明的方法的另一实施例因此是数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)，在所述数据载体上记录用于执行在此描述的方法的计算机程序。
根据本发明的方法的另一实施例因此是数据流或信号序列，所述数据流或所述信号序列为用于执行在此描述的方法的计算机程序。数据流或信号序列例如能够如下配置：经由数据通信连接、例如经由因特网进行传输。
另一实施例包括处理装置、例如计算机或可编辑的逻辑器件，所述计算机或所述逻辑器件如下配置或匹配，以执行在此描述的方法。
另一实施例包括计算机，在所述计算机上安装用于执行在此描述的方法的计算机程序。
在一些实施例中，能够使用可编辑的逻辑器件(例如现场可编程门阵列，FPGA)，以执行在此描述的方法的一些或全部功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列能够与微处理器共同作用，以便执行在此描述的方法。通常，在一些实施例中，在任意的硬件设备方面执行该方法。所述硬件设备能够是通用的硬件，如计算机处理器(CPU)或对于方法特定的硬件、例如ASIC。
上述实施例仅为本发明的原理的说明。要理解的是，在此描述的设置和细节的变型形式和修改形式能够基于本领域技术人员不同的启示。因此特意说明：本发明仅通过所附的权利要求的保护范围限制并且不通过借助实施例的阐述和描述在此呈现的具体的细节限制。

Claims (26)

1.一种筑路机，所述筑路机具有：
用于将材料层(42)砌入在地基(14)上的刮板(16)；
用于检测砌入的所述材料层(42)的厚度(hB)的层厚度检测设备，
其中所述层厚度检测设备包括第一传感器(38)和第二传感器(40)，所述第一传感器在行驶方向上处于所述刮板(16)的后方，以检测距砌入的所述材料层(42)的第一间距，所述第二传感器在行驶方向上处于所述刮板(16)的前方，以检测距所述地基(14)的第二间距，并且
其中所述层厚度检测设备不可移动地固定在所述刮板(16)上；
其中所述层厚度检测设备包括信号处理单元(44)，并且
其中配置所述信号处理单元(44)，以便使用所述第一传感器(38)的和所述第二传感器(40)的传感器信号(s1，s2)的总和、和所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)距刮板后缘(26)的间距(a，b)、以及所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度来检测砌入的所述材料层(42)的层厚度(hB)。
2.根据权利要求1所述的筑路机，
其中所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)距所述刮板后缘(26)的间距(a，b)是相等的，
所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度是相等的，并且
配置所述信号处理单元(44)，以便基于所述第一传感器(38)的和所述第二传感器(40)的所述传感器信号(s1，s2)，和所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度来检测砌入的所述材料层(42)的层厚度(hB)。
3.根据权利要求2所述的筑路机，
其中如下地确定砌入的所述材料层(42)的层厚度(hB)：
hB＝s2+s1-2B
其中：
hB＝砌入的所述材料层(42)的层厚度，
s1＝由所述第一传感器(38)检测的、距砌入的所述材料层(42)的第一间距，
s2＝由所述第二传感器(40)检测的、距所述地基(14)的第二间距，并且
B＝所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度。
4.根据权利要求1所述的筑路机，
其中所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度是相等的，并且
砌入的所述材料层(42)的所述层厚度(hB)如下确定：
Figure FDA0002013969560000021
其中：
hB＝砌入的所述材料层(42)的层厚度，
s1＝由所述第一传感器(38)检测的、距砌入的所述材料层(42)的第一间距，
s2＝由所述第二传感器(40)检测的、距所述地基(14)的第二间距，
B＝所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度，
a＝所述第一传感器(38)距所述刮板后缘(26)的间距，并且
b＝所述第二传感器(40)距所述刮板后缘(26)的间距。
5.根据权利要求1所述的筑路机，
其中所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度是相等的，并且
如下地确定砌入的所述材料层(42)的层厚度(hB)：
Figure FDA0002013969560000022
其中：
Figure FDA0002013969560000023
Figure FDA0002013969560000024
Figure FDA0002013969560000031
Figure FDA0002013969560000032
hB＝砌入的所述材料层(42)的层厚度，
s1＝由所述第一传感器(38)检测的、距砌入的所述材料层(42)的第一间距，
s2＝由所述第二传感器(40)检测的、距所述地基(14)的第二间距，
B＝所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度，
a＝所述第一传感器(38)距所述刮板后缘(26)的间距，并且
b＝所述第二传感器(40)距所述刮板后缘(26)的间距。
6.根据权利要求1所述的筑路机，
其中所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度等于所述刮板(16)的厚度。
7.根据权利要求1所述的筑路机，
其中所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度是相等的，并且
配置所述信号处理单元(44)，以便执行校准来确定安置高度，其中在校准时所述第一传感器(38)检测距所述地基(14)的间距。
8.根据权利要求7所述的筑路机，
其中配置所述信号处理单元(44)，以便如下地确定所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度：
Figure FDA0002013969560000033
其中：
s1＝由所述第一传感器(38)检测的、距所述地基(14)的第一间距，
s2＝由所述第二传感器(40)检测的、距所述地基(14)的所第二间距，
B＝所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度。
9.根据权利要求1所述的筑路机，
其中所述层厚度检测设备包括至少一个承载件，所述承载件固定在所述刮板(16)上，
其中所述第一传感器(38)以距所述刮板后缘(26)的第一间距设置在所述承载件上，并且
其中所述第二传感器(40)以距所述刮板后缘(26)的第二间距设置在所述承载件上。
10.根据权利要求9所述的筑路机，
其中所述承载件包括测量杆，所述测量杆固定在所述刮板(16)上，
其中所述第一传感器(38)以距所述刮板后缘(26)的所述第一间距设置在所述测量杆的第一端部上，并且
其中所述第二传感器(40)以距所述刮板后缘(26)的所述第二间距设置在所述测量杆的第二端部上。
11.根据权利要求10所述的筑路机，
其中所述测量杆是刚性的并且不可移动地固定在所述刮板(16)的上侧上。
12.根据权利要求9所述的筑路机，
其中所述承载件包括刚性的第一承载件和刚性的第二承载件，所述刚性的第一承载件不可移动地固定在所述刮板(16)上并且所述第一传感器(38)以距所述刮板后缘(26)的所述第一间距设置在所述刚性的第一承载件上，所述刚性的第二承载件不可移动地固定在所述刮板(16)上并且所述第二传感器(40)以距所述刮板后缘(26)的所述第二间距设置在所述刚性的第二承载件上。
13.根据权利要求1所述的筑路机，
其中所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)包括超声传感器、激光传感器、微波传感器或这些传感器的组合。
14.根据权利要求1所述的筑路机，其中由层厚度测量设备检测到的、涉及层厚度的数据用于在刮板的位置方面对所述筑路机进行主动调节，以便遵循预设的层厚度。
15.一种通过层厚度检测设备来检测通过筑路机(10)砌入地基(14)上的材料层(42)的厚度(hB)的方法，其中所述层厚度检测设备不可移动地固定在筑路机的刮板(16)上且具有第一传感器(38)和第二传感器(40)，所述第一传感器在行驶方向上处于所述刮板(16)的后方，以检测距砌入的所述材料层(42)的第一间距，所述第二传感器在行驶方向上处于所述刮板(16)的前方，以检测距所述地基(14)的第二间距，其中所述方法包括下列步骤：
检测距砌入的所述材料层(42)的第一间距；
检测距所述地基(14)的第二间距；并且
确定砌入的所述材料层(42)的层厚度(hB)；
其中
使用检测到的所述第一间距和所述第二间距的总和、和所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)距所述刮板后缘(26)的间距(a，b)、和所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述筑路机(10)的所述刮板(16)的后缘的安置高度来确定所述层厚度(hB)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中对应于所确定的所述层厚度来调节所述刮板的位置，以便保持预设的层厚度。
17.一种筑路机，所述筑路机具有：
用于将材料层(42)砌入地基(14)上的刮板(16)；
用于检测砌入的所述材料层(42)的厚度(hB)的层厚度检测设备，
其中所述层厚度检测设备包括第一传感器(38)和第二传感器(40)，所述第一传感器在行驶方向上处于在所述刮板(16)的后方，以检测距砌入的所述材料层(42)的第一间距，所述第二传感器在行驶方向上处于所述刮板(16)的前方，以检测距所述地基(14)的第二间距，
其中所述层厚度检测设备包括固定在所述刮板(16)上的刚性的第一承载件(36a)和固定在牵引臂(18)上的、旋转所述刮板(16)的第二承载件(36b)，
其中所述第一传感器(38)固定在所述第一承载件(36a)上并且所述第二传感器(40)固定在所述第二承载件(36b)上，并且
其中所述层厚度检测设备包括信号处理单元(44)，配置所述信号处理单元(44)，以使用所述第一传感器(38)的和所述第二传感器(40)的传感器信号(s1，s2)的总和、和所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)距所述刮板后缘(26)的间距(a，b)、以及所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度来检测砌入的所述材料层(42)的厚度(hB)。
18.根据权利要求17所述的筑路机，
其中所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)距所述刮板后缘(26)的间距(a，b)是相等的，
所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度是相等的，并且
配置所述信号处理单元(44)，以基于所述第一传感器(38)的和所述第二传感器(40)的所述传感器信号(s1，s2)、以及所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度来检测砌入的所述材料层(42)的厚度(hB)。
19.根据权利要求18所述的筑路机，
其中如下地确定砌入的所述材料层(42)的层厚度(hB)：
hB＝s2+s1-2B
其中：
hB＝砌入的所述材料层(42)的层厚度，
s1＝由所述第一传感器(38)检测的、距砌入的所述材料层(42)的第一间距，
s2＝由所述第二传感器(40)检测的、距所述地基(14)的所述第二间距，并且
B＝所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度。
20.根据权利要求17所述的筑路机，
其中所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度是相等的，并且
如下地确定砌入的所述材料层(42)的层厚度(hB)：
其中：
hB＝砌入的所述材料层(42)的层厚度，
s1＝由所述第一传感器(38)检测的、距砌入的所述材料层(42)的第一间距，
s2＝由所述第二传感器(40)检测的、距所述地基(14)的第二间距，
B＝所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度，
a＝所述第一传感器(38)距所述刮板后缘(26)的间距，并且
b＝所述第二传感器(40)距所述刮板后缘(26)的间距。
21.根据权利要求17所述的筑路机，
其中所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度是相等的，并且
如下地确定砌入的所述材料层(42)的厚度(hB)：
Figure FDA0002013969560000072
其中：
Figure FDA0002013969560000073
Figure FDA0002013969560000074
Figure FDA0002013969560000075
Figure FDA0002013969560000076
hB＝砌入的所述材料层(42)的层厚度，
s1＝由所述第一传感器(38)检测的、距砌入的所述材料层(42)的第一间距，
s2＝由所述第二传感器(40)检测的、距所述地基(14)的第二间距，
B＝所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度，
a＝所述第一传感器(38)距所述刮板后缘(26)的间距，并且
b＝所述第二传感器(40)距所述刮板后缘(26)的间距。
22.根据权利要求17所述的筑路机，
其中所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度等于所述刮板(16)的厚度。
23.根据权利要求17所述的筑路机，
其中所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度是相等的，并且
配置所述信号处理单元(44)，以便执行校准来确定安置高度，其中在校准时所述第一传感器(38)检测距所述地基(14)的间距。
24.根据权利要求23所述的筑路机，
其中配置所述信号处理单元(44)，以便如下地确定所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度：
其中：
s1＝由所述第一传感器(38)检测的、距所述地基(14)的第一间距，
s2＝由所述第二传感器(40)检测的、距所述地基(14)的第二间距，
B＝所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述刮板后缘(26)的安置高度。
25.根据权利要求17所述的筑路机，
其中所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)包括超声传感器、激光传感器、微波传感器或这些传感器的组合。
26.一种通过层厚度检测设备来检测通过筑路机(10)砌入在地基(14)上的材料层(42)的厚度(hB)的方法，所述层厚度检测设备包括固定在刮板(16)上的刚性的第一承载件(36a)，固定在牵引臂(18)上的、旋转所述刮板(16)的第二承载件(36b)，固定在所述第一承载件(36a)上的、用于检测距所述材料层(42)的第一间距的第一传感器(38)，以及固定在所述第二承载件(36b)上的、用于检测距所述地基(14)的第二间距的第二传感器(40)，所述方法包括下列步骤：
检测距砌入的所述材料层(42)的第一间距；
检测距所述地基(14)的第二间距；并且
确定砌入的所述材料层(42)的层厚度(hB)；
其中使用检测到的所述第一间距和所述第二间距的总和、和所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)的间距(a，b)、和所述第一传感器(38)和所述第二传感器(40)相对于所述筑路机(10)的所述刮板(16)的后缘的安置高度来确定所述层厚度(hB)。
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