CN109312617B - 用于评估钻凿过程的效率的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于确定钻凿过程的效率的方法，其包括以下步骤：经由工具构件(232，234)将能量传递(s510)到待借助于钻凿配置(299)在其中执行钻凿的材料；‑检测(s520)由于能量供应而在钻凿期间在所述钻凿配置(299)的所述工具构件(232，234)中传播的波；‑借助于被布置在所述工具构件(232，234)的彼此相对的侧的、与所述工具构件(232，234)相距一定距离而相邻的至少两个传感器装置(310:1；310:2)来检测(s520)所述波，该传感器装置(310:1；310:2)基于对所述工具构件(232，234)中的所述波的电感和/或电容检测；以及‑基于所述检测的结果来确定(s530)所述钻凿过程的所述效率。本发明还涉及包括程序代码(P)的计算机程序产品、系统(299)、配备有该系统的钻凿架(100)以及这样的系统的检测设备。
Description
技术领域
本发明涉及用于确定钻凿过程的效率的方法。本发明还涉及包括用于实现根据本发明的方法的计算机的程序代码的计算机程序产品。本发明还涉及用于确定钻凿过程的效率的系统以及配备有该系统的钻凿架。本发明还涉及用于确定钻凿过程的效率的系统的检测单元。
背景技术
当挖掘岩石或其他硬质材料时，可以使用各种钻凿架或机器。钻凿架可以包括多个吊杆，其中每个吊杆具有被布置在进给器的可滑动布置的滑架上的钻凿机。进给器可以被布置成借助于设置有切割器的钻凿钢以受控的方式影响抵接待挖掘的岩石的压力。此外，所述钻凿机可以被布置成通过旋转移动以及击打来挖掘岩石。期望钻凿架的操作者可以使每个钻凿机的操作适应以便例如在采矿或准备隧道时以最佳方式挖掘岩石。
冲击波的形式和能量含量与挖掘效率成比例。当借助于所述击打生成冲击波时，确定与钻凿过程有关的效率以能够使对应钻凿机的操作适应是有意义的。当今，存在各种用于确定钻凿过程的效率的技术。
根据第一示例，使用应变仪，应变仪借助于紧固装置被刚性地布置在钻凿机的钻凿钢上。然而，由于许多原因该变体实际上仅对实验室环境有用。首先，如今的应变仪的总操作时间相对较短。其次，需要布置在应变仪与仪表系统之间的线，这使得该第一示例不适用于现场操作。已证明将应变仪的所需的电子装置安装在钻凿钢上是不利的，因为冲击波导致该电子装置的退化。使用无线技术用于将信息从所述应变仪传递到所需电子装置的应用提供了不令人满意的性能。
根据第二示例，使用围绕所述钻凿机的所述钻凿钢布置绕组的电感线圈构件。因此所述钻凿钢贯穿所述线圈。该示例功能可接受但是呈现非常嘈杂的信号，这导致该方法不能提供准确的结果。
发明内容
存在实现用于确定钻凿过程的效率的方法的需要，该方法不存在涉及将连接传感器的线直接应用到钻凿机的钻凿钢上的以上提及的缺点并且还提供高精度的所述钻凿钢的检测到的冲击波和/或张力波。
本发明的一个目的是提供用于确定钻凿过程的效率的新的且有利的方法。
本发明的另一目的是提供用于确定钻凿过程的效率的新的且有利的系统以及用于确定钻凿过程的效率的新的且有利的计算机程序。
本发明的另一目的是提供用于确定钻凿过程的效率的系统的新的且有利的检测单元。
本发明的又一目的是提供方法、系统和计算机程序，其用于基于钻凿过程的确定效率以提高的效率实现钻凿机的对操作者安全且用户友好的操作。
本发明的又一目的是提供允许精确持续地确定钻凿过程的效率的方法、系统和计算机程序。
本发明的又一目的是提供用于确定钻凿过程的效率的相对便宜且在操作期间成本效率的系统。
本发明的又一目的是提供用于确定钻凿过程的效率的可替选方法、可替选系统和可替选计算机程序。
借助于根据权利要求1的用于确定钻凿过程的效率的方法来实现这些目的中的至少一些。通过本发明的方法实现其他目的。由本发明的方法的特征呈现的技术效果和优点对于本文描述的系统的对应特征也是有效的。
根据本发明的一方面，提供了用于确定钻凿过程的效率的方法，包括以下步骤：
-经由工具构件将能量传递到待借助于钻凿配置在其中执行钻凿的材料；
-检测由于能量供应而在钻凿期间在所述钻凿配置的所述工具构件中传播的波；
-借助于被布置在所述工具构件的彼此相对的侧的、与所述工具构件相距一定距离而相邻的至少两个传感器装置来检测所述波，该传感器装置基于对所述工具构件中的所述波的电感和/或电容检测；以及
-基于所述检测的结果来确定所述钻凿过程的所述效率。
因此实现了用于确定所述钻凿过程的所述效率的通用且成本效率的方法。该方法是通用的在于：可以以可靠的方式检测张力波和冲击波两者。这使得方法适用于与钻凿架以及手持式或独立钻凿配置/钻凿机有关的一组不同的钻凿配置/钻凿机。通过将至少两个传感器装置布置在所述工具构件的彼此相对的侧、与所述工具构件相距一定距离而相邻，实现了对所述波的非常精确的检测。
有利的是能够测量所述工具构件的波而不需要将传感器安装在所述工具构件例如钻凿配置的钻凿钢上。
有利地，可以基于与例如使岩石反射或张力波与压力波之间的定量最小化的所述钻凿过程的所述确定的效率而持续地优化所述钻凿过程。
还可以确定在所述工具构件处的连接是否松动以及检测所述钻凿配置的击打布置的错误功能。
该方法还包括以下步骤：
-借助于被对称地布置在所述工具构件的彼此相对的侧的、与所述工具构件相距一定距离而相邻的四个传感器装置来检测所述波；以及
-成对地处理来自所述传感器的结果以作为所述确定的基础。
因此可以有利地成对使用所述四个传感器装置，从而可以减少或消除检测到的“干扰”。这些干扰可以由弯曲波、摆动工具构件和破碎的固定装置构成。可以通过借助于电子控制单元的数学模型处理由传感器装置检测到的波来提供工具构件的正确的持续状态。可以通过将传感器装置成对地布置在所述工具构件的相对的侧来以精确的方式过滤压力波和张力波的弯曲波分量。
该方法可以包括以下步骤：
-将所述传感器装置定位在沿着所述工具构件的优选位置处，在该优选位置处所述工具构件的横向移动相对小。一个这样的位置可以有利地是在钻凿配置的颈部适配器处，即将钻凿机连接至钻凿钢的部分。该位置允许与包括所述传感器装置的检测设备有关的简单连接过程。通过将所述传感器装置定位在所述颈部适配器处来使柔性波在较小程度上出现。可替选地，所述传感器装置可以被布置在所述钻凿钢的一端处，即在所述切割器处或在接近所述钻凿钢的所述颈部适配器的位置处。
该方法可以包括以下步骤：
-借助于击打和/或旋转来提供所述能量。因此实现了通用方法。因此该方法适用于使用击打能量来破碎岩石的机器。因此该方法适用于使用由钻凿钢的旋转移动(在进给期间)生成的能量来破碎岩石的机器。根据一个实施方式，本发明的方法适用于使用击打和旋转移动的组合来破碎岩石的机器。
该方法可以包括以下步骤：
-借助于相对地布置的包括作为线圈芯的至少一个永磁体的线圈构件来对所述波进行电感检测。所述至少一个永磁体被布置成围绕在操作期间工具构件的振动/移动的所述工具构件生成基本恒定的磁场。这些移动影响所述磁场，从而可以借助于所述至少两个传感器装置来检测所述磁场的变化。来自所述传感器装置的电信号表示所述工具构件的移动，所述信号的内容是所述钻凿过程的所述评估的基础。可替选地，可以使用除永磁体之外的另一单元来生成围绕所述工具构件的基本恒定的磁场，例如直流电磁体。
该方法可以包括以下步骤：
-以具有基本上平行于所述工具构件的纵向方向的最短椭圆轴的基本上椭圆形的配置来布置所述线圈构件。因此实现了对所述工具构件的所述波的精确且可靠的检测。
该方法可以包括以下步骤：
-基于所述工具构件中的原始压力波和反射张力波之间的比较来确定所述钻凿过程的所述效率；或者
-基于所述工具构件中的一些再次出现的张力波的特性来确定所述钻凿过程的所述效率。
因此有利地实现了根据本发明的一方面的通用方法。通过将所述工具构件中的原始压力/冲击波和对应的张力波/反射相比较，可以确定有效的工作。在破碎期间在低接岩石的压力下施加的切割器的旋转移动生成张力波的情况下，可以分析它们以确定所述钻凿过程的效率而无需与冲击波相比较。
根据一个实施方式，所述钻凿过程的所述效率可以基于反射压力波的特性来确定。
该方法可以包括以下步骤：
-借助于附加的传感器装置来检测所述工具构件中的波，所述附加的传感器装置以与相对于传感器装置的已提供的配置的一定旋转对应的对称配置定向以检测所述工具构件中的扭转波。通过提供与传感器装置的已提供的配置相比具有另一定向的传感器装置，可以以有效的方式检测所述扭转波。
该方法可以包括以下步骤：
-基于这样确定的效率来持续地控制所述钻凿过程以实现效率优化。因此例如可以在操作期间使进给压力、旋转速度、击打频率、击打力等适应以实现改进的岩石破碎过程并且因此实现更有效的钻凿过程。
根据本发明的一方面，提供了用于借助于由具有工具构件的钻凿配置确定不存在击打并且执行钻凿的钻凿过程的效率的方法，包括以下步骤：
-检测在钻凿期间在所述钻凿配置的所述工具构件中传播的波，该波由在其中执行钻凿的材料生成；
-借助于被布置在所述工具构件的彼此相对的侧的、与所述工具构件相距一定距离而相邻的至少两个传感器装置来检测所述波，该传感器装置基于对所述工具构件中的所述波的电感和/或电容检测；以及
-基于所述检测的结果来确定所述钻凿过程的所述效率。
根据本发明的一方面，提供了用于确定钻凿过程的效率的系统，包括：
-用于经由工具构件将能量传递到在其中将执行钻凿的材料的装置；
-检测由于能量供应而在钻凿期间在所述钻凿配置的所述工具构件中传播的波的装置；
-用于检测所述波的至少两个传感器装置，该传感器装置被布置在所述工具构件的彼此相对的侧、与所述工具构件相距一定距离而相邻，该传感器装置基于对所述工具构件中的所述波的电感和/或电容检测；以及
-用于基于所述检测的结果来确定所述钻凿过程的所述效率的装置。
可以通过检测(现场)操作期间所述工具构件的波来将钻凿过程优化为钻凿钢的基本上理想的岩石破碎、效率、总操作时间或所述参数的组合。
该系统具有被对称地布置在所述工具构件的彼此相对的侧的、与所述工具构件相距一定距离而相邻的四个传感器装置，并且该系统还包括用于成对地处理所述传感器装置的结果以作为所述确定的基础的装置。
所述传感器装置可以被设置在沿着所述工具构件的优选位置处，在该优选位置处所述工具构件的横向移动相对小。
该系统可以包括用于借助于击打和/或旋转来提供所述能量的装置。
该系统可以包括：
-用于对所述波进行电感检测的、相对地布置的包括作为线圈芯的至少一个永磁体的线圈构件。
该系统可以包括：
-线圈构件，其被以具有基本上平行于所述工具构件的纵向方向的最短椭圆轴的基本上椭圆形配置来布置。
该系统可以包括：
-基于所述工具构件中的原始压力波和反射的张力波之间的比较来确定所述钻凿过程的所述效率的装置；或者
-用于基于所述工具构件中的一些再次出现的张力波的特性来确定所述钻凿过程的所述效率的装置。
该系统可以包括：
-用于检测所述工具构件中的波的附加的传感器装置，该传感器装置以与相对于传感器装置的已提供的配置的一定旋转对应的对称配置定向以检测所述工具构件中的扭转波。
该系统可以包括：
-用于基于这样确定的效率来持续地控制所述钻凿过程以实现效率优化的装置。
根据本发明的一方面，提供了用于确定钻凿过程的效率的系统的检测单元，该系统包括用于检测由于能量供应而在钻凿期间在钻凿配置的工具构件中传播的波的装置，包括：
-用于检测所述波的至少两个传感器装置，该传感器装置被布置在所述工具构件的彼此相对的侧、与所述工具构件相距一定距离而相邻，该传感器装置基于对所述工具构件中的波的电感和/或电容测量。
本发明的检测单元可以以后安装到现有的钻凿配置。因此可以以后在现有的钻凿配置处安装用于处理与由检测单元确定的所述波有关的信息的软件/电子装置/其他装备。
检测单元具有对称地设置在所述工具构件的孔的彼此相对的侧的、与所述工具构件相距一定距离而相邻的四个传感器装置。
检测单元还包括用于成对地处理来自所述传感器装置的结果以作为所述确定的基础的装置。这些装置可以由钻凿架的控制单元构成。
本发明的方法和本发明的系统可以有利地用在钻凿架处。根据本发明的一方面，提供了包括用于确定钻凿过程的效率的系统的钻凿架。钻凿架可以旨在用于采矿。根据本发明的一方面，提供了包括本发明的检测单元的钻凿架。
根据本发明的一方面，提供了用于确定钻凿过程的效率的计算机程序，其中所述计算机程序包括用于使电子控制单元或连接至电子控制单元的计算机执行根据权利要求1至8中的任一项所述的步骤的程序代码。
根据本发明的一方面，提供了用于确定钻凿过程的效率的计算机程序，其中所述计算机程序包括存储在计算机可读介质上的程序代码，该程序代码用于使电子控制单元或连接至电子控制单元的计算机执行根据权利要求1至8中的任一项所述的步骤。
根据本发明的一方面，提供了用于确定钻凿过程的效率的计算机程序，其中所述计算机程序包括存储在计算机可读介质上的程序代码，该程序代码用于使电子控制单元或连接至电子控制单元的计算机执行根据本文中所述的方法步骤的至少一个步骤。
根据本发明的一方面，提供了包括存储在计算机可读介质上的程序代码的计算机程序产品，该程序代码用于当所述计算机程序在电子控制单元或连接至电子控制单元的计算机上运行时执行根据的权利要求1至8中的任一项所述的方法步骤。
根据本发明的一方面，提供了包括存储在计算机可读、非易失性介质上的程序代码的计算机程序产品，该程序代码用于当所述计算机程序在电子控制单元或连接至电子控制单元的计算机上运行时执行根据权利要求1至8中的任一项所述的方法步骤。
本发明的其他目的、优点和新特征将从以下细节以及通过将本发明付诸实践而对本领域普通技术人员变得明显。尽管下面描述了本发明，但应当注意，其不限于所描述的具体细节。接触本文中的教导的本领域普通技术人员应认识到本发明范围内的在其他领域中的更多应用、修改和结合。
附图说明
为了对本发明及其另外的目的和优点有更全面的理解，应当与附图结合阅读下面陈述的详细描述，其中，在各种附图中相同的附图标记表示类似的项，并且在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的钻凿架；
图2示意性地示出了被布置在钻凿架的吊杆上的钻凿机；
图3a示意性地示出了根据本发明的实施方式的检测单元；
图3b示意性地示出了根据本发明的实施方式的检测单元；
图3c示意性地示出了根据本发明的实施方式的检测单元；
图3d示意性地示出了根据本发明的实施方式的检测单元；
图3e示意性地示出了根据本发明的实施方式的传感器装置；
图4a示意性地示出了钻凿钢中的波传播的图；
图4b示意性地示出了钻凿钢中的波传播的图；
图5a示意性地示出了根据本发明的实施方式的方法的流程图；
图5b更详细地示意性地示出了根据本发明实施方式的方法的流程图；以及
图6示意性地示出了根据本发明的实施方式的计算机。
具体实施方式
参照图1示出了钻凿架100。示例性钻凿架是根据适于采矿的一个实施方式。钻凿架100被配备有本发明的系统，参照例如本文中的图2和图3a至图3d更详细地描述了该系统。
钻凿架100可以由操作者控制，从而一个或更多个操作者可以在钻凿架的推进和/或操作期间随行。根据可替选方案，远程控制钻凿架100，从而一个或更多个操作员可以位于地面上的控制中心。根据可替选方案，钻凿架被布置成用于自主控制和操作本发明的系统。
本文中的术语“链路”是指通信链路，其可以是诸如光电通信线路的物理线路，或诸如无线连接例如无线电或微波链路的非物理连接。
图2示意性地示出了钻凿配置299，其包括钻凿机230和具有切割器236的钻凿钢234，其中所述钻凿钢234借助于颈部适配器232可拆卸地布置到所述钻凿机230。所述钻凿钢234可以包括借助于相应的螺纹配置在所谓的连接处附接的多个部件。本文中工具构件表示单元颈部适配器232、钻凿钢234和切割器236。
在本文中钻凿过程表示为用于开采岩石或其他材料的所述工具构件的操作。
所述钻凿机230可以布置成使所述钻凿钢234以合适的旋转速度旋转以使岩石或其他材料破碎。所述钻凿机230还可以布置有击打布置，该击打布置通过所述钻凿钢234生成冲击波用于采掘岩石或其他材料。根据变型方案，所述钻凿机230被布置成用于实现所述钻凿钢234的旋转移动以及借助于所述击打布置的动力脉冲。所述钻凿配置299可以是独立的手持钻凿配置。
根据该示例，所述钻凿配置299被布置在可滑动地布置在进给器210上的滑架设备220上。参照图1示出所述进给器210被固定地固定在臂110a处。本文中所述钻凿钢234的进给压力抵接待开采的岩石实现。
检测单元300被布置在所述颈部适配器232周围。参照例如下面的图3a至图3e以分级详细地描绘所述检测单元。所述检测单元300可以被布置在所述颈部适配器232或所述钻凿钢234的纵向方向上的合适位置周围。优选地，所述检测单元300沿着所述工具构件的横向移动相对小的所述工具构件定位在合适的位置处。所述工具构件的移动相对小的位置可以与所述切割器236相邻或者在所述颈部适配器232的邻接处的所述钻凿钢234周围或与所述颈部适配器相邻的所述钻凿钢234周围。由于所述检测单元300包括对磁干扰敏感的传感器装置，因此将所述检测单元与所述钻凿机230相距适当距离或者与生成磁场的钻凿架100的其他构件相距适当距离而定位可能是有利的。
为了以稳健的方式将所述检测单元300布置在所述工具构件处，可以使用合适的支撑装置。此外，合适的磁屏蔽设备可以安装在所述检测单元300处以在适用的情况下减少所述检测单元300的磁影响。
所述检测单元300经由链路L200信号连接至第一控制单元200。所述检测单元300被布置成经由所述链路200向所述第一控制单元200发送信号S200。所述信号S200可以包括与借助于所述检测单元300检测到的在所述工具构件处生成的波有关的信息。
所述第一控制单元200被布置成用于经由链路L280与呈现装置280通信。所述第一控制单元200被布置成发送信号S280，所述信号S280包括基于所述钻凿过程的效率的所述确定或与之有关的信息。根据实施方式，可以为操作者呈现与钻凿架100有关的指令，所述指令是基于所述确定而生成的用于优化所述钻凿配置299的操作。所述指令可以以字母数字符号或合适的信号/颜色编码等形式呈现。
第二控制单元210被布置成经由链路L210与第一控制单元200通信。第二控制单元210可以可拆卸地连接至第一控制单元200。第二控制单元210可以是钻凿架100的外部控制单元。第二控制单元210可以被布置成执行根据本发明的新方法步骤。第二控制单元210可以用于将软件下载到第一控制单元200，特别是用于执行新方法的软件。可替选地，第二控制单元210可以被布置成经由钻凿架的内部网络与第一控制单元200通信。第二控制单元210可以被布置成执行与第一控制单元200基本相同的功能，例如确定所述钻凿过程的所述效率。
图3a示意性地示出了根据本发明的实施方式的检测单元300。所述检测单元300可以是具有基本上圆形横截面并且包括孔IH的形式。所述孔IH具有适合于将要封闭的工具构件的尺寸。因此所述检测单元300可以被布置在所述颈部适配器232或所述钻凿钢234的周围。
根据实施方式，所述检测单元300包括具有合适导线的电感线圈形式的四个传感器装置310:1、310:2、310:3和310:4。因此四个传感器装置310:1、310:2、310:3和310:4可以被布置为两对，所述两对被布置在所述工具构件的彼此相对的侧、与所述工具构件232、234相距一定距离而相邻。因此第一对包括第一线圈构件310:1和第二线圈构件310:2。因此第二对包括第三线圈构件310:3和第四线圈构件310:4。因此线圈构件的中心轴被竖直地布置成所述工具构件232、234的纵向轴。根据实施方式，所述线圈构件被布置成用于对所述工具构件232、234中的所述波进行电感测量。
所述检测单元300可以包括处理单元350。所述处理单元350被布置成经由合适的电线与相应的传感器装置310:1、310:2、310:3和310:4通信。因此所述处理单元350可以接收来自相应的传感器装置310:1、310:2、310:3和310:4的电信号并且经由所述链路L200将这些电信号转发到所述第一控制单元200。所述电信号可以包括与已借助于所述传感器装置检测到的所述工具构件232、234中的波有关的信息。这些电信号可以呈现表示所述检测到的波的电压变化。
根据示例实施方式，所述处理单元350被布置成仅接收来自各种传感器装置的所述信号并且将这些信号转发到所述第一控制单元200以用于处理所述钻凿过程的效率的分析和确定。根据示例实施方式，所述处理单元350被布置有必要的电子器件/软件用于处理所述接收的信号并且执行所述钻凿过程的效率的所述确定。因此所述钻凿过程的确定因此可以仅在所述处理单元350、仅在所述第一控制单元200(或第二控制单元210)处执行或者部分地在所述处理单元350中并且部分地在所述第一控制单元200中执行。
根据实施方式，在没有外部磁场的情况下执行对由所述工具构件232、234的波引起的磁场变化的所述检测。因此使用所述传感器装置的永磁体用于放大。
根据实施方式，在施加的外部磁场的情况下执行对由所述工具构件232、234的波引起的磁场变化的所述检测。因此使用所述传感器装置的永磁体用于放大。这参照图3e以分级详细描述。
根据实施方式，所述传感器装置包括布置成用于对所述工具构件232、234中的所述波进行电容感测的电容器构件，例如平板电容器。这可以以合适的方式被布置成以对应的方式作为检测所述工具构件232、234的波的电感构件。
第一控制单元200被布置成基于所述工具构件的检测到的波来确定所述钻凿过程的效率。第一控制单元200被根据实施方式布置成基于所述确定的效率来控制所述钻凿配置的操作。因此例如可以控制钻凿配置299的进给压力。因此例如可以控制所述钻凿钢234的旋转速度。因此例如可以控制所述钻凿机230的击打频率。因此也可以控制其他功能，例如所述钻凿过程的冲洗。根据实施方式，所述第一控制单元200被布置成用于基于所述确定的效率自动控制所述钻凿配置的操作。根据另一实施方式，所述控制单元200被布置成借助于所述呈现装置280为钻凿配置299的操作者持续或间歇地呈现与基于所述确定的效率使所述钻凿配置299的操作适应有关的信息。
所述钻凿配置299的控制操作可以涉及使来自所述工具构件的岩石的冲击波反射最小化。在呈现反射波的最小能量的情况下，最大的能量被传递到岩石中。对操作所述钻凿配置299的控制可以旨在朝向所述工具构件的张力波和压力波之间的特定比例优化。对所述检测到的波的另外分析可以用于确定所述钻凿钢234的任何或一些连接是否松动。此外，工具构件的检测到的冲击波可以用于确定所述钻凿机230的击打布置的主要状态。此外，工具构件的检测到的冲击波可以用于确定所述钻凿配置299的阻尼系统的主要状态。因此可以确定阻尼系统的性能的度量。
图3b示意性地示出了根据本发明的实施方式的所述检测单元300的横截面视图。所述检测单元300可以包括由例如塑料或其他合适材料组成的外壳。所述检测单元300可以包括封闭传感器装置310:1、310:2、310:3和310:4以及处理单元350的合适的减震材料。所述减震材料可以例如包括凝胶，该凝胶起到电和热隔离的作用并且呈现良好的减震性能。
图3c示意性地示出了根据本发明的实施方式的检测单元300。根据该示例，所述检测单元300包括以电感线圈构件310:1和310:2形式的两个传感器装置。电感线圈构件与垂直于所述工具构件232、234的纵向轴的相应中心轴径向相对地定位。本发明的方法仅适用于两个传感器构件，但是所述工具构件232、234的波的检测精度随着传感器构件的数目而增加。应当注意，成对布置所述传感器构件即，2的倍数，例如4、6或8个传感器构件是有利的。因此参照图3d例示了相应对可以彼此相对地布置。在图3d中，四对传感器装置被布置成具有45度的内角V。应当注意，即使用于确定所述钻凿过程的效率的计算更复杂，本发明的方法也可以应用于提供奇数个传感器构件，例如3、5或7个传感器构件的情况。通过成对地处理传感器装置，可以以更高的精度处理对所述检测到的波的特性的确定。这是因为可以对两个相对定位的传感器装置的波的检测到的幅度进行归一化。这是确定探测波的能量含量的有利方式。
根据示例实施方式，提供了附加的传感器，所述附加的传感器以与相对于传感器装置的已有配置的一定旋转对应的对称配置定向以检测所述工具构件中的扭转波。这些附加的传感器装置可以与现有的传感器装置310:1等基本相同。附加的传感器装置也可以以与已提供的所述传感器装置对应的方式成对地布置。通过以与现有传感器装置不同的定向布置这些附加的传感器装置(例如电感线圈构件)，可以以有效的方式检测工具构件232、234的扭转波。因此附加的线圈构件不仅存在与所述工具构件232、234的径向平行的中心轴。换句话说，附加的线圈构件存在不是垂直于所述工具构件232、234的纵向方向的中心轴。
图3d示意性地示出了根据本发明的实施方式的检测设备300。根据该实施方式，四对传感器装置被对称地布置在所述工具构件234、234的彼此相对的侧、与所述工具构件232、234相距一定距离而相邻。因此传感器装置310:1和310:2构成第一对。因此传感器装置310:3和310:4构成第二对。因此传感器装置310：5和310：6构成第三对。因此传感器装置310：7和310：8构成第四对。
通过首先确定借助于所述对中的一对中的传感器装置检测到的波的幅度并且对这些波进行归一化来实现对所述波的特性的精确确定。因此针对相关检测到的波确定归一化幅度，其后执行所有检测到的幅度的相加和平均值确定。这借助于第一控制单元200来执行。
图3e示意性地示出了根据本发明的实施方式的所述检测单元300的线圈构件310:1。根据该示例，所述线圈构件310:1包括被布置在线圈构件的布线内的四个永磁体310:1a、310:1b、310:1c和310:1d用于放大由工具构件232、234的波生成的变化。任意数目的永磁体可以被布置在所述线圈构件310:1处。优选地，检测设备300的所有线圈构件包括基本相似的永磁体组。
根据示例，检测设备的线圈构件呈现椭圆形横截面。所述椭圆形形式有利于更精确地检测在所述工具构件中传播的波的侧翼。椭圆的轴之间的比率越高，可以检测到更精确的所述侧翼。应当注意，根据本发明的实施方式所述线圈构件还可以呈现圆形横截面。根据可替选实施方式检测设备300的线圈构件可以呈现除椭圆形之外的其他形式，例如矩形。
图4a示意性地示出了所述工具构件232、234中的波传播的图。根据该示例，所述切割器不与应被开采的材料接触。因此工具构件呈现自由端(切割器)。因此呈现作为以秒为单位给出的时间T的函数的量Q。Q表示与所述工具构件232、234中的应变关联并且与之成比例的量。因此波的幅度Q可以借助于所述检测设备测量。量Q与检测到的波的幅度成比例。根据该示例，示出了如何在第一时间点T1处检测由钻凿机230的击打布置生成的冲击波。波的持续时间是T2至T1。该冲击波在工具构件的切割器中反射并且张力波(沿与对应的冲击波相反的方向传播)出现在时间点T3处并且具有持续时间T4至T3。
图4b示意性地示出了在所述工具构件232、234中的波传播的图，其中所述切割器236抵接待开采的材料定位。因此旋转所述工具构件。因此以对应的方式出现由钻凿机230的击打布置生成的冲击波，该冲击波在第一时间点T1处被检测到。波的持续时间是T2至T1。该冲击波引起所述材料的破碎并且对应的张力波(沿与对应的冲击波相反的方向传播)出现在时间点T3处并且具有持续时间T4至T3。通过分析所述冲击波和对应的张力波的能量含量，可以确定所述钻凿过程的实际效率如何。存在分析其的不同的方法。根据一个示例，可以对与时间T有关的每个相应波的幅度进行积分以实现能量含量的相应的测量。
图5a示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于确定钻凿过程的效率的方法的流程图。该方法包括第一方法步骤s501。步骤s501包括以下步骤：
-经由工具构件232、234将能量传递到待借助于钻凿配置299在其中执行钻凿的材料；
-检测由于能量供应而在钻凿期间在所述钻凿配置299的所述工具构件232、234中传播的波；
-借助于被布置在所述工具构件232、234的彼此相对的侧的、与所述工具构件232、234相距一定距离而相邻的至少两个传感器装置310:1；310:2来检测所述波，该传感器装置基于对所述工具构件232、234中的所述波的电感和/或电容检测；以及
-基于所述检测的结果来确定所述钻凿过程的所述效率。
在步骤s501之后，方法结束/返回。
图5a示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于确定钻凿过程的效率的方法的流程图。
该方法包括第一方法步骤s510。步骤s510包括经由工具构件232、234将能量传递到待借助于钻凿配置299在其中执行钻凿的材料。所述能量可以借助于所述钻凿机的击打和/或所述工具构件232、234的旋转移动来提供。应当注意，进给器压力被施加到所述钻凿配置299。在步骤s510之后，执行随后步骤s520。
步骤s520包括检测由于能量供应而在钻凿期间在所述钻凿配置299的所述工具构件232、234中传播的波的步骤。这些波可以是压力波并且对应的由岩石反射的波。这些波可以包括扭转波。借助于本发明的检测设备300执行这些波的检测。所述波可以由被布置在所述工具构件232、234的彼此相对的侧的、与所述工具构件(232，234)相距一定距离而相邻的至少两个传感器装置310:1、310:2来检测，该传感器装置310:1；310:2基于对所述工具构件232、234中的所述波的电感和/或电容检测。
在步骤s520之后，执行随后步骤s530。
步骤s530包括基于所述检测的结果来确定所述钻凿过程的所述效率的步骤。这可以以各种方式执行。根据一个实施方式，所述钻凿过程的所述效率是基于所述工具构件232、234中的原始压力波与反射张力波之间的比较来确定的。因此可以确定与波之间的能量含量有关的差异。哪个差异表明钻凿过程的效率。根据另一实施方式，所述钻凿过程的所述效率可以基于所述工具构件中的一些再次出现的张力波的特性来确定。当钻凿配置299没有提供击打时，这是适用的。
在借助于被对称地布置在所述工具构件232、234的彼此相对的侧的四个传感器装置310:1；310:2；310:3；310:4来检测所述波的情况下，可以成对地处理来自所述传感器装置310:1；310:2；310:3；310:4的结果以作为所述确定的基础。
在步骤s530之后，执行随后步骤s540。
步骤s540包括基于这样确定的效率来持续地控制所述钻凿过程以实现效率优化的步骤。根据一个实施方式，这可以借助于所述第一控制单元200自动执行。根据一个实施方式，钻凿配置299的操作者可以基于借助于所述呈现装置280呈现的指令来控制所述钻凿过程。
在步骤s540之后，该方法结束/返回。
参照图6，示出了设备600的一个版本的图。参照图2描述的控制单元200和210可以在一个版本中包括设备600。设备600包括非易失性存储器620、数据处理单元610以及读/写存储器650。非易失性存储器620具有第一存储器元件630，其中存储有计算机程序例如操作系统以用于控制设备600的功能。设备600还包括总线控制器、串行通信端口、I/O装置、A/D转换器、时间和日期输入和传送单元、事件计数器以及中断控制器(未示出)。非易失性存储器620还具有第二存储器元件640。
提供包括用于确定经由工具构件232、234将能量传递到待借助于钻凿配置299在其中执行钻凿的材料的钻凿过程的效率的例程的计算机程序P。
计算机程序P包括用于检测由于能量供应而在钻凿期间在所述钻凿配置299的所述工具构件232、234中传播的波的例程。
计算机程序P可以包括用于借助于被布置在所述工具构件232、234的彼此相对的侧的、与所述工具构件232、234相距一定距离而相邻的至少两个传感器装置310:1、310:2来检测所述波的例程，该传感器装置310:1；310:2基于对所述工具构件232、234中的所述波的电感和/或电容检测。
计算机程序P可以包括用于基于所述检测的结果来确定所述钻凿过程的所述效率的例程。
计算机程序P可以包括用于借助于被对称地布置在所述工具构件232、234的彼此相对的侧的、与所述工具构件232、234相距一定距离而相邻的四个传感器装置310:1、310:2、310:3、310:4来检测所述波的例程。
计算机程序P可以包括用于成对地(310:1，310:2；310:3，310:4)处理来自所述传感器装置310:1、310:2、310:3、310:4的结果以作为所述确定的基础的例程。
计算机程序P可以包括用于检测所述波的程序，其中所述传感器定位在沿着所述工具构件232、234的优选位置处，该优选位置处所述工具构件232、234的横向移动相对小。
计算机程序P可以包括用于控制所述工具构件232、234的操作从而借助于击打和/或旋转来提供所述能量的例程。
计算机程序P可以包括用于借助于相对地布置的包括作为线圈芯的至少一个永磁体310:1a的线圈构件310:1、310:2来对所述波进行电感检测的例程。
计算机程序P可以包括用于基于所述工具构件232、234中的原始压力波与反射张力波之间的比较来确定所述钻凿过程的所述效率的例程。
计算机程序P可以包括用于基于所述工具构件232、234中的一些再次出现的张力波的特性来确定所述钻凿过程的所述效率的例程。
计算机程序P可以包括用于借助于以与相对于传感器装置的已提供的配置的一定旋转对应的对称配置定向以检测所述工具构件232、234中的扭转波的附加的传感器装置来检测所述工具构件232、234中的波的例程。
计算机程序P可以包括用于基于这样确定的效率来持续地控制所述钻凿过程以实现效率优化的例程。
程序P可以以可执行形式或以压缩形式存储在存储器660中和/或读/写存储器650中。
在声明数据处理单元610执行特定功能的情况下，这意味着数据处理单元610执行存储器660中存储的程序的特定部分或者读/写存储器650中存储的程序的特定部分。
数据处理设备610可以经由数据总线615与数据端口699通信。非易失性存储器620旨在用于经由数据总线612与数据处理单元610通信。单独的存储器660旨在经由数据总线611与数据处理单元610通信。读/写存储器650被布置成经由数据总线614与数据处理单元610通信。链路L200、L210和L280例如可以连接至数据端口699(参见图2)。当在数据端口699上接收到数据时，它们被临时存储在第二存储器元件640中。当接收到的输入数据已被临时存储时，数据处理单元610将被准备以如上所述进行代码执行。根据一个实施方式，在数据端口699上接收到的信号包括与所述工具构件中的压力波和张力波的能量含量有关的信息。根据一个实施方式，在数据端口699上接收到的信号包括与所述工具构件中的张力波有关的信息。可以由设备600使用数据端口699上接收到的信号用于确定所述钻凿过程的所述效率。
本文中描述的方法的部分可以由设备600借助于运行存储在存储器660或读/写存储器650中的程序的数据处理单元610来进行。当设备600运行程序时，执行本文中描述的方法步骤。
提供本发明的优选实施方式的前述描述是为了说明和描述的目的。其不旨在是穷举的，也不是将本发明限制于所描述的变型。对于本领域普通技术人员而言，许多修改和变型将是明显的。已经选择和描述了实施方式以便最好地解释本发明的原理及其实际应用，并且因此使得本领域普通技术人员能够理解本发明的不同实施方式以及适合于预期用途的各种修改。
Claims (10)
1.一种用于确定钻凿过程的挖掘效率的方法，包括以下步骤：
-经由工具构件(232，234)将能量传递(s510)到待借助于钻凿配置(299)在其中执行钻凿的材料；
-经由围绕所述工具构件(232，234)布置的检测单元(300)来检测(s520)在钻凿期间在所述钻凿配置(299)的所述工具构件(232，234)中传播的波，其中，检测(s520)所述波包括由被对称地布置在所述检测单元(300)中的至少两对传感器装置(310:1；310:2；310:3；310:4)执行的电感和/或电容检测，其中，每对传感器装置(310:1；310:2；310:3；310:4)包括被布置在所述工具构件(232，234)的彼此相对的侧的、与所述工具构件(232，234)相邻并且相距一定距离的两个传感器装置(310:1；310:2；310:3；310:4)，并且其中，检测(s520)所述波包括对来自所述至少两对传感器装置(310:1；310:2；310:3；310:4)中的每对传感器装置(310:1；310:2；310:3；310:4)的所述检测的成对处理；以及
-基于所述工具构件(232，234)中的原始压力波与反射张力波之间的比较、或者基于所述工具构件(232，234)中的一些再次出现的张力波的特性来确定(s530)所述钻凿过程的所述挖掘效率。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
-借助于击打和/或旋转来传递(s510)所述能量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：
-基于这样确定的挖掘效率来持续地控制(s540)所述钻凿过程以实现效率优化。
4.一种用于确定钻凿过程的挖掘效率的系统，包括：
-用于经由工具构件(232，234)将能量传递到待在其中执行钻凿的材料的钻凿配置(299)；
-围绕所述钻凿配置(299)的所述工具构件(232，234)布置的检测单元(300)，其中，所述检测单元(300)包括被配置用于通过电感和/或电容检测来检测波的至少两对传感器装置(310:1；310:2；310:3；310:4)，并且其中，所述至少两对传感器装置(310:1；310:2；310:3；310:4)被对称地布置在所述检测单元(300)中，其中，每对传感器装置(310:1；310:2；310:3；310:4)包括被布置在所述工具构件(232，234)的彼此相对的侧的、与所述工具构件(232，234)相邻并且相距一定距离的两个传感器装置(310:1；310:2；310:3；310:4)，以及
-至少一个控制单元(200)，所述至少一个控制单元(200)被配置成接收来自所述至少两对传感器装置(310:1；310:2；310:3；310:4)的电感和/或电容检测结果、并且执行对所述至少两对传感器装置(310:1；310:2；310:3；310:4)中的每对传感器装置(310:1；310:2；310:3；310:4)的检测结果的成对处理，其中，所述至少一个控制单元(200)还被配置用于基于所述工具构件(232，234)中的原始压力波与反射张力波之间的比较、或者基于所述工具构件(232，234)中的一些再次出现的张力波的特性来确定所述钻凿过程的所述挖掘效率。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述钻凿配置(299)被配置用于借助于击打和/或旋转来提供所述能量。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，每对传感器装置(310:1；310:2；310:3；310:4)包括相对地布置的线圈构件(310:1；310:2；310:3；310:4)，每个线圈构件包括用于对所述波进行电感检测的作为线圈芯的至少一个永磁体(310:1a；310:1b；310:1c；310:1d)。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述线圈构件(310:1；310:2；310:3；310:4)以具有基本上平行于所述工具构件(232，234)的纵向方向的最短椭圆轴的基本上椭圆形的配置来布置。
8.根据权利要求4至7中的任一项所述的系统，其中，所述至少一个控制单元(200)被配置用于基于这样确定的挖掘效率来持续地控制所述钻凿过程以实现效率优化。
9.一种包括根据权利要求4至7中的任一项所述的系统的钻凿架。
10.一种其上存储有包括程序代码的计算机程序的计算机可读介质，所述程序代码被加载到电子控制单元(200)或连接至所述电子控制单元(200)的计算机(210)中并且被配置成当所述计算机程序在所述电子控制单元(200)或连接至所述电子控制单元(200)的所述计算机(210)上运行时使得根据权利要求1至3中的任一项所述的方法被执行。
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