CS687583A2

CS687583A2 - Device for cutting head of a tunelling or winding machine position detection

Info

Publication number: CS687583A2
Application number: CS836875A
Authority: CS
Inventors: Eduard Dipl Ing Schellenberg; Alfred Zitz; Bernhard Dipl Ing Droscher
Original assignee: Voest Alpine Ag
Priority date: 1982-09-23
Filing date: 1983-09-21
Publication date: 1988-09-16
Also published as: EP0105867A2; AU563232B2; ATA354882A; IN159093B; AT375153B; JPS5980899A; EP0105867A3; DE3375595D1; CA1229675A; AU1842883A; HU191876B; ZA836472B; RO89261A; PL243526A1; EP0105867B1; PL142733B1

Description

1 -1 -

Vynález se týká zařízení pro zjišťování polohy hlavy ra-zicího nebo těžního stroje- Pro zjištování polohy brázdícíhlavy razícího nebo těžního stroje vzhledem k žádanému profi-lu brázdění se, jak známo, zřizují na rámu brázdícího strojepřijímače záření, které spolu se signály vysílače připevněné-ho v chodbě umožňuji' zjištění prostorových souřadnic podélné ř osy brázdícího stroje. 'Vychází-li se z prosto ových souřadnicrámu brázdícího stroje, popřípadě podélné osy brázdícího stro-je zjištěných tímto způsobem, usuzuje se pomocí dodatečnýchsignálů a především použitím signálů dalších zařízení pro zjíšten. í výkyvu brázdícího ramena vzhledem k brázdícímu stroji nasouřadnice brázdící hlavy. Je již známo opatřovat takovétostroje ukazovacími zařízeními, u nichž se zobrazení brázdícíhlavy vzhledem k žádanému profilu brázdění znázorňuje prosto-rově nebo v rovině. Všem známým konstrukcím je společné, ževlastní polohu brázdící hlavy není možno nikdy zjistit přímo,a že z vodorovných a svislých rovnoběžných odchylek, z šikmépolohy a sklonu osy chodby a z úhlu příčného sklonu stroje.seusuzuje při značném použití techniky na skutečné prostorovésouřadnice brázdící hlavy. Vzhledem k velkému počtu součástí,jichž k tomu je třeba, se u těchto zařízení vyskytuje i zvý-šená poruchovost. Cílem vynálezu je zjišťovat polohu razící hlavy, popří-padě razících hlav razících strojů s dílčím řezem přímo a bez zjišťování polohy podvozku brázdícího stroje vzhledem k chod-bě. Tento problém řeší zařízení podle vynálezu, jehož pod-stata spočívá v tom, že sestává z přijímače umístěného v choďbě a usměrněného podle podélné osy chodby, z vysílače elekt-romagnetického záření v pásmu vlnové délky od l^ia do 10 cm,umístěného na brázdící hlavě a/nebo na brázdícím ramenu az odmčřovače vzdálenosti nejméně jednoho vztažného bodu nabrázdící hlavě a/nebo na brázdícím ramenu od přijímače, a.zvláště z ukazovacího zařízení polohy brázdící hlavy vzhledemk požadovanému profilu brázdění. Tím, že je nyní vysílač elektromagn etického záření umístěn přímo na hlavě nebo ve vztaž-ném bodu na brázdícím ramenu, je možno při současném zřetelina vzdálenost tohoto bodu od přijímače umístěného pevně vchodbě, znázornit pouhým zjištěním úhlu přesně polohu brázdí-cí hlavy polárními souřadnicemi a zhodnotit je na ukazovacímzařízení, popřípadě jako řídicí signál pro automatické říze-ní razícího nebo těžního stroje. Vzhledem k tomu, že atmosfé-ra v porubním předku a tím. i v bezprostřední blízkosti bráz-dící hlavy je naplněna prachem, volí se k tomuto účelu záře-ní, které má menší rozptyl než viditelné světlo a větší tvr-dost, a sice ve srovnání s viditelným světlem zvláště elektro·magnetické záření s širším, vlnovým pásmem od 1 do 10 cm.Zvlášť výhodně je možno přitom využít vzniku tepla při bráz-dící práci, jelikož teplota nožů a brázdící hlavy je podstat-ně vyšší než teplota okolí a působí proto jako vysílače infra-červených paprsků. Velký tepelný rozdíl mezi horkými noži - 3 - brázdících hlav a okolím umožňuje použití relativně necitli-vých přijímačů, přičemž může zpravidla odpadnout relativněnákladné chlazení přijímače. Přijímač je přitom zpravidla vytvořen jako uspořádaní pevně v chodbě a usměrněná vzhledem k podélné ose chodby, například pomocí obvykle užívaného la-serového směrového paprsku. Takovéto obrazové komory teplajsou opatřeny řádkovým rozkladem a je možno tímto způsobemobdržený obrazový signál vyhodnotit přímo pomocí známých elek-tronických zařízení a ukázat na promítacích plochách a/nebopřivést do řídicího zařízení. Přijímač vsak může být též uspo-řádán výkyvné, přičemž je možno jej usměrnit na nejméně jedenvztažný bod brázdící hlavy tvořený vysílačem pro zjištěníúhlu mezi rovnoběžkou s podélnou osou chodby a vztažným bodembrázdící hlavy. Servomotorické ·; takto výkyvné vytvořeného přijímače a usměrnění na vysílač přitom poskytu-je přímo rozměr úhlu, který se má měřit. Spolu se vzdálenos-tí měřenou známým způsobem, například použitím infračervenýchpaprsků, lze znázornit přímo polohu brázdící hlavy.BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] In order to determine the position of the head of a punching or hoisting machine with respect to the desired furrowing profile, radiation receivers are provided on the frame of the cutting machine as known, together with the transmitter signals attached thereto. in the hallway, I can detect the spatial coordinates of the longitudinal axis of the cutting machine. Starting from the plain co-ordinates of the cutting machine or the longitudinal axis of the cutting machine detected in this way, it is judged by means of additional signals and, in particular, by the use of signals from other devices for detection. the swinging of the cutting arm relative to the cutting machine of the cutting head coordinate. It is already known to provide such machines with pointing devices in which the view of the furrow is shown in a plane or in relation to the desired profile of the furrow. It is common to all known constructions that the actual position of the cutting head can never be detected directly, and that from the horizontal and vertical parallel deviations, from the oblique position and slope of the corridor axis and from the machine's angle of inclination, the actual spatial coordinates of the cutting head are used for considerable application of the technique. Due to the large number of components required for this, there is also an increased failure rate. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to determine the position of the embossing head or embossing heads of the embossing machines directly and without detecting the position of the chassis of the cutting machine relative to the track. This problem is solved by the device according to the invention, which consists in that it consists of a receiver placed in a walkway and directed along the longitudinal axis of the corridor, from an electromagnetic radiation transmitter in the wavelength range from 1 to 10 cm, placed on the furrow a head and / or on a cutting arm and a distance meter of at least one reference point being retracted by the head and / or on the cutting arm from the receiver, and in particular from the pointing head positioning device with respect to the desired furrow profile. Now that the ethic radiation transmitter is located directly on the head or at the reference point on the cutting arm, the distance of this point from the receiver firmly located at the same time can be accurately represented by the polar coordinates of the furrow head just by detecting the angle. evaluate them on a pointing device, or as a control signal for automatic driving of a punching or mining machine. Since the atmosphere-ra in the face of the face and thus. even in the immediate vicinity of the furrow head is filled with dust, it is chosen for this purpose, which has less dispersion than visible light and greater hardness, namely electromagnetic radiation with wider, wavelength compared to visible light. It is particularly advantageous to use the heat generated by the cutting operation, since the temperature of the knives and the cutting head is considerably higher than the ambient temperature and therefore acts as infra-red beam transmitters. The large heat difference between the hot cutter heads and the surrounding environment allows the use of relatively insensitive receivers, and the relatively costly cooling of the receiver can generally be omitted. As a rule, the receiver is designed to be fixedly arranged in the corridor and directed towards the longitudinal axis of the corridor, for example by means of a conventional laser beam. Such heat image chambers are provided with line scanning and the received video signal can be evaluated directly by known electronic devices and displayed on the screen and / or passed to the control device. However, the receiver can also be pivoted, and can be directed to at least one point of the cutting head formed by a transmitter for detecting the angle between the parallel with the longitudinal axis of the corridor and the reference point of the head. Servomotoric ·; in this way, the receiver which is pivoted in this way and directs it to the transmitter provides a dimension of the angle to be measured. Along with the distance measured in a known manner, for example using infrared beams, the position of the cutting head can be shown directly.

Zvolí-li se pouze jeden vztažný bod jako vysílač, dopo-ručuje se umístit jej v blízkosti osy otáčení brázdící hlavy,jelikož pak lze na základě známé geometrie hlavy a známéhorozměru hlavy společně s měřenou vzdáleností zjistit přesnoupolohu brázdící hlavy v každém okamžiku jejího otáčení. Vzdá-lenost lze měřit i mezi pevně uspořádaným přijímačem a vlast- ním porubním předkem, jelikož brázdící hlava je s porubnímpředkem v záběru. Při použití obrazové komory tepla je zvláště výhodné,když vysílač vytvořený jako vysílač infračervených paprskůje tvořen brázdící hlavou s provozní teplotou. V tomto přípa-dě obsáhne přijímač celý obrys horké brázdící hlavy a měřenívzdálenosti by mohlo v tomto případě být při rozdílné vzdále-nosti brázdící hlavy od obrazové komory tepla provedeno tak,že při daném rozměru brázdící hlavy a vzdálenosti od obrazo-vé komory tepla se naměří vetší nebo menší obrys. Zmenšenínaměřeného^obrysu brázdění při pevné ohniskové vzdálenosti odpovídá větší vzdálenostiIf only one reference point is chosen as the transmitter, it is recommended to place it near the axis of rotation of the cutting head, since then, due to the known head geometry and known head dimension, the position of the cutting head can be detected at each moment of rotation. The distance can also be measured between a fixed receiver and the face face itself, since the cutting head is engaged with the face piece. When using the image heat chamber, it is particularly advantageous if the transmitter formed as an infrared emitter is formed by a cutting head with an operating temperature. In this case, the receiver covers the entire contour of the hot cutting head and the measurement of the distance could in this case be measured at different distances of the cutting head from the image chamber of the heat so that the measuring head is measured at a given dimension of the cutting head and distance from the image chamber. larger or smaller outline. Reducing the measured contour of the furrow at a fixed focal length corresponds to a greater distance

Ukazovací zařízení je opatřeno promítací plochou, na nížse znázorňuje poloha brázdící hlavy vzhledem k žádanému pro-filu brázdění, přičemž velikost znázornění žádaného profilubrázdění nebo brázdící hlavy lze měnit vzdáleností brázdícíhlavy od přijímače infračerveného záření, . Tímto způsobem lze zachovat měřítko znázor-není. Jednoduše toho lze dosáhnout tak, že je opatřen, podle vzdálenosti brázdící hlavy · objek-tivem s přestavitelnou' ohniskovou vzdáleností.The pointing device is provided with a screen on which the position of the cutting head is shown in relation to the desired profile of the furrow, the size of the representation of the desired profile of the furrow or head being varied by the distance of the furrow from the infrared receiver. In this way, the scale can be retained. This can simply be achieved by providing, depending on the distance of the head, the object with the adjustable focal length.

Zvlášň výhodné provedení zařízení podle vynálezu spočí-vá v tom, že ·· je v chodbě pevně usměrněh tepelný obraz je o sobě známým způsobem snímán řádkověa tímto způsobem získaný obrazový signál se přivádí do uka- “ 5 ~ zovacího zařízení a/nebo do zařízení pro řízení pohybu bráz-dící hlavy.A particularly advantageous embodiment of the device according to the invention consists in the fact that the thermal image is fixedly directed in the corridor, and the image signal obtained in this way is read in a manner known per se and fed to the device and / or to the device for driving the furrow head.

Vynález bude dále blíže vysvětlen na příkladech znázor-něných na připojených výkresech, na nichž obr. 1 je schémauspořádání zařízení v chodbě, obr. 2, 3 znázorňují geometric-ké podmínky platné pro zjištění prostorových souřadnic, obr.4je schematický pohled ze strany na zařízení podle vynálezupodle obr. 1 a obr. 6 je schéma spínacího uspořádání potřeb-ného pro vyhodnocení přijatých signálů. M* obt-. f £o£>6-44.£4( Í4A í4tet/|</o6íA.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of the arrangement of the device in the corridor, FIGS. and FIG. 6 is a schematic diagram of a switching arrangement needed to evaluate received signals. M * obt-. 44 £> 6- 6- 6- (6- 6- 6- 6- 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44.

Na obr.1 je znázorněn brázdící stroj 1 s dílčím řezem, umístěný v chodbě 2. Brázdící rameno J brázdícího stroje 1 s dílčím řezem nese na svém konci dvě rotační brázdící hlavy 4 uložené otočně kolem osy 5, která je kolmá k ose brázdícího ramena 3» V blízkosti této osy 5. je na brázdícím ramenu 3 u- místěn vztažný bod 6 tvořený infračerveným vysílačem. Nad v~ příjii^Mr řeji 7 výztuže je připevněn^· usměrněn odpovídajícím způsobem v chodbě na laserový směrový paprsek 9.Pevný přijímač 8 zjišťuje vzdálenost mezi vztažným bodem 6tvořeným infračerveným vysílačem na brázdícím ramenu 2 θ Při-jímačem 8. Analytické souřadnice vztahového systému přijíma-če 8 jsou vyznačeny písměnami x, y, z, a měří se dva úhlyvzhledem k tomuto systému souřadnic, jak je vysvětleno ne.obr. 2, 3.Fig. 1 shows a cutter 1 with a partial cut in the corridor 2. The cutter arm J of the cutter 1 carries at its end two rotary cutting heads 4 pivoted about an axis 5 which is perpendicular to the axis of the cutting arm 3 An infrared transmitter reference point 6 is located adjacent to the axis 5 on the cutting arm 3. The reinforcing receiver 8 detects the distance between the reference point 6 formed by the infrared transmitter on the cutting arm 2 θ by the receiver 8. The analytical coordinates of the reference system receive 8 is denoted by the letters x, y, z, and two angles are measured in relation to this coordinate system, as explained in FIG. 2, 3.

"C.O čátkem v měřicím bodu"C.Start at measuring point

Na obr. 2 je znázorněn analytický vztahový systém s po~8, . Rovina x, y 'tohoto vztahového systému je přitom usměrněna jednoduše rov-noběžně se směrovým paprskem 9 chodby. Vychází-li se z tako- v ého to usměrn ěn í v z t ahov ého sy st ému. je vztahový bod <5 brázdícího ramena J, popřípadě brázdícíhlavy 4, vyjádřen v polárních souřadnicích úhly /if·) γ a vzdá-leností r. Měří se tímrdva úhly a chodba mezi počátkem vzta-hového systému 8a vztažným bodem na brázdící hlavě 4, popřípadě na brázdícím ramenu 3. Stejně dob-ře je však možno sejmout celkový vnější obrys 10 brázdícíchhlav 4. znázorněných na obr» 1 obrazové komory 8 tepla, t/hly 4^ , které se mají měřit, jsou zakresleny na obr. 3»FIG. The plane x, y 'of this reference system is thereby directed in a simple manner parallel to the directional beam 9 of the corridor. It is based on such a streamlining in the system. is the reference point <5 of the cutting arm J, or the furrow head 4, is expressed in polar coordinates angles .alpha. if .gamma. and the distances r. The angles a of the corridor between the start of the reference system 8a and the reference point on the cutting head 4 or on the cutting arm 3. However, it is equally possible to remove the overall outer contour 10 of the furrows 4 shown in FIG. 1 of the heat chamber 8, which is to be measured in FIG.

Na obr. 4 je přijímač 8 opět pevný, zaměřený podlé podél-né osy chodby, a připevněný na ..veřeji 7 výztuže, ΐ/hel zd^ seměří vzhledem k rovině x~y vztahového systému přijímače 8,a je proto proti úhlu 4^na obr. 3 o 90° menší, Analogickýmzpůsobem vyplývá, vychází-li se z osy x vztahového systémupřijímače 8 z neznázorněného půdorysu úhel ý . Namísto vzdá-lenosti r mezi vztahovým bodem 6 na brázdícím ramenu J a mě-řicím bodem přijímače 8 je možno měřit vzdálenost a od při-jímače 8 k porubnímu předku 11, jelikož tato vzdálenost přivetší vzdálenosti přijímače 8 od vztahového bodu 6 se jen ne-patrně liší od vzdálenosti r. phjťtmcIn Fig. 4, the receiver 8 is again fixed, directed along the longitudinal axis of the corridor, and fixed to the reinforcement post 7, helical to the plane x-y of the relationship system of the receiver 8, and is therefore at an angle of 4 3 is 90 [deg.] smaller in analogy to FIG. 3, in accordance with the method of FIG. Instead of the distance r between the reference point 6 on the cutting arm J and the measuring point of the receiver 8, the distance a from the receiver 8 to the face face 11 can be measured since this distance between the receiver 8 and the reference point 6 is probably different from the distance r

Jelikož nyní se. , 8 zobrazuje celý vnější obrys 10 brázdících hlav 4 odchylně od vztahového bo-bu 6 na brázdícím ramenu 3 nebo na brázdící hlavě 4 tvořené- - 7 - ho infrač erveným>rvysílačem, je možno z dosaženého obrazové-ho signálu 8 dosáhnout přímo znázorně- ní na promítací plose podle obr, 5. Promítací plocha monito-ru 12 je označena vztahovým znakem 13 a ukazuje žádaný pro-fil 1,4 chodby, která se má razit. V rámci tohoto profilu 14jsou patrná zobrazení brázdících hlav 4, přičemž stopy rotač-ních nožů jsou patrné jako v podstatě svislé čáry.Because now. Fig. 8 shows the entire outer contour 10 of the cutting heads 4 deviating from the reference point 6 on the cutting arm 3 or on the cutting head 4 formed by the infrared transmitter. 5. The projection surface of the monitor 12 is indicated by the reference numeral 13 and shows the desired profile 1.4 of the tunnel to be embossed. Within this profile 14, the images of the cutting heads 4 are visible, the traces of the rotary knives being seen as substantially vertical lines.

Spínání vhodné pro snímání obrazového signálu T</»« Ue 8 je schematicky znázorněno na obr, 6. je přitom znázorněn® stejně jako přijímač"'' ' Signály, že dochází k svislé nebo vodorovnéodchylce, se přivádějí do - 8 . ^ vedeními 15 popřípadě 16. Obrazový signál se přivádí vedením 1]_ a deri-vačním členem 18 do komparátoru 1£ a je možno jej přivést přímo do monitoru 12.Switching suitable for sensing the T picture signal is shown schematically in FIG. 6 and is shown in the same way as the receiver. The signals that a vertical or horizontal deviation occurs are fed to the lines 15. Optionally, the video signal is fed via line 1 'and a derating member 18 to comparator 18 and can be fed directly to monitor 12.

Za účelem automatického řízení pracovního pohybu brázdí-cí hlavy 4, popřípadě brázdícího ramena 3, je však možno ten-to signál přivádět do spínacího obvodu 20 pro vyhodnocováníobrazů. Pro tři prostorové souřadnice polohy brázdící hlavy 4Ize získat oddělené nastavovací signály vedeními 21,However, in order to automatically control the working movement of the furrow head 4 or the cutting arm 3, the signal can be supplied to the switching circuit 20 for evaluating the images. For three spatial coordinates of the cutting head position 4, separate adjustment signals can be obtained through lines 21,

Claims

E D M 3i! T OUT

An apparatus for detecting the position of a cutting head of a punching or hoisting machine, characterized in that it comprises a receiver (8) disposed in a corridor and directed along its longitudinal axis, from a transmitter (6) of electromagnetic radiation in the belt. it has wavelengths from 1 µm to 10 cm located on the furrow (4) and / or on the cutting arm (3) and from the distance meter (r) of at least one reference point on the furrow (4) and / or on the cutting arm (3) ) from the receiver (8) and from the pointing device (12) of the furrow head (4) relative to the desired furrow profile (14),

2, Furnished ?! according to claim 1, characterized? in that the receiver (8) is formed as a receiver

3, Device according to claim 1, 2, characterized by:! in that the receiver (8) is displaceable and is adjustable to at least one reference point of the cutting head (4) formed by a transmitter (6) for a determined angle (/ $ -) between the parallel with the longitudinal axis of the corridor and the reference point on the cutting head ( 4)

4, Device according to item 3, characterized? in that the reference point of the cutting head (4) is arranged near the axis (5) of the cutting head (4).

5, Furnished:! 4. A device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the transmitter (6) is designed as an infrared beam transmitter and is preferably formed by a furrow? head (4), which has an operating temperature.

6. Device according to claim 1, characterized in that the display device (12) is provided with a projection surface. (13) showing the position of the cutting head (4) with respect to the desired furrow profile (14), the magnitude of the representation of the desired furrow head (4) or furrow head (4) being variable (r) of the furrow head (4) from the infra-red beam receiver (8).

7. Apparatus according to claim 2, characterized in that the image chamber (8) is provided with an adjustable focal length objective, depending on the distance (r) of the furrow head (4).

8. An apparatus according to claim 2, 6, 7, wherein:. (8) is rigidly arranged in the corridor and is directed, the image of the heat extending in a known manner along the rows, and thus the obtained image of the signal is fed to the pointing device (12) and / or to the motion control device of the rake (4) .

x