DD145771A1

DD145771A1 - Verfahren und anordnung zur steuerung von baumaschinen

Info

Publication number: DD145771A1
Application number: DD21537779A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Mueller
Original assignee: Gerhard Mueller
Priority date: 1979-09-06
Filing date: 1979-09-06
Publication date: 1981-01-07
Also published as: ATA393480A; AT373649B; DE3028419A1

Description

Prof»Dr_esc_etechiu Gerhard Müller Dresden,den 3*9*1979 ·

Titel der Erfindung

Verfahren und Anordnung zxa Steuerung τοπ. Baumaschinen

Anwendungsgebiet der Eriin dung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Baumaschinen und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens· Die erfindungsgemäße Lösung kann zur Steuerung von solchen Baumaschinen benutzt werden, die vorzugsweise linienförmige Bauwerke fertigen j das betrifft sJ₈ das Stopfen und Richten von Gleisen»

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bei der Steuerung von. Baumaschinen unterscheidet man:

a) Absolute Steuerungen, defcuSteuermechanismen, die die Arbeitswerkzeuge der Maschinen so steuern, daß sie eine vorausberechnete Lage in bezug auf Punkte einnehmen, die nicht unmittelbar mit dem neu zu errichtenden Bauwerk in Verbindung at-ehen« Solche Punkte können s>B» koordinatenmäßig bekannte .Festpunkte sein*

b) Relative Steuerungen,· cUtu Steuermechanismen! die die Arbeitswerkzeuge von Maschinen so steuern., daß sie eine dem Verfahren entsprechende geänderte Lage zur Ausgangssitu-

.ation einnehmen» Zu den absoluten-Steuermeohanismen gehört die Leitdraht steuerungj. mit der es möglich ist," eine aus kurzen Geraden

C ΐ? ;- i -i C ' ) ' O (Y ι \ O₁ ' "'

zusammengesetzte Raumkurve zu fertigen» Ein Fertiger tastet sich mit entsprechenden Meßfühlern .an.einem die theoretisch richtige IkSrnie-verkörpernden Meßdraht entlang_β Zur Herstellung der gewünssnten horizontalen und vertikalen Lage der Arbeitswerkzeuge sind auf beiden Seiten, des Fertigers je ein Leitdraht nach Lage und Höhe abzustecken und zu montieren* Da dieser Vorgang nur· manuell erfolgen kann, entsteht ein außerordentlich großer Arbeitsaufwand·, bei der Binsatzvorbereitung einer solchen Steuerung» ' ".;'.

Zu diesen Steuermechanismen gehören ferner Laserstrahlsteuerungen von Flachbaggern auf Geraden und Ebenen« Die bekannten Verfahren und Anordnungen der Geraden- und Ebenensteuerung beruhen daraufj daB'von Lasersendern, die auf koordinatenmäßig bekannten Punkten stehen, die Arbeitswerkzeuge von außen über entsprechende Empfänger gesteuert werden« Nachteilig ist daher, daß vor allem die Laserstrahlabweichungen infolge Refraktions— erscheinungen im vollen Betrag die theoretisch richtige Lage Verfälschers». Eine realisierte Baumkurvensteuerung mit Hilfe von Laserstrahlen ist gegenwärtig nicht bekannt» Die Leitdrahtsteuerung kann nur als Übergangslösung angesehen werden, da der manuelle Aufwand zur Vorbereitung der Steuerung im Verhältnis zum automatisch ablaufenden Fertigungsprozeß außerordentlich hoch ist* Mit der "Geraden- und Ebenensteuerung kann insbesondere im Verkehrsbauwesen nur ein geringer Teil der Fertigimgsprozesse gesteuert werden« Die relativen Steuerniechanismen setzen verkörperte Linien, z«B_c in. .Fo3?m von Gleisen, Ackerfurchen, Getreideschnittkanten u»äo voraus· Nur unter Einbeziehung solcher verkörperten Linien ist es z.B.» möglich, die Krümmung von Gleisen, die durch Betriebseinwirkung deformiert v/orden sind, den theoretisch richtigen Krümmungsgrößen anzunähern. Zu diesen Steuermechanis— men kann man auch die bekannten Steuerungen von Landmaschinen, rechnen, die es gestatten, die Maschine entlang von Furchen., Reihen, Schnittkanten u»ä. zu führen· Das Fertigen vorausberechneter Saumkurven ist mittels der bekannten relativen Steuermechanismen nicht möglich« Vielmehr handelt es sich um -Verfahren und Anordnungen, mit denen bestehende Abweichungen, von der Sollgeometrie, z.B* Lagefehler von Gleisen, verkleinert, aber nicht beseitigt werden können»

Ziel dei Erfindung

Ziel der Erfindung ist es _s einen Steuermechanisnms für Baumaschinen vorzuschlagen, der sich durch eine weitgehend automatisierte Arbeitsweise und hohe Arbeitsgenauigkeit auszeichnet«

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung·ist es, ein Verfahren und eine Anordnung" zu entwickeln, die es gestatten _s Baumaschinen auf vorausberechneten· Raumkurven mittels Laserstrahlen zu steuern» Erfindungsgemäß v/lrd die Aufgabe dadurch gelöst-, daß eine Gerätefiguration zur Steuerung der Baumaschine auf dieser montiert wird und die nachfolgend angeführten Verfahrensschritte abgearbeitet werden* Voraussetzung für die Anwendung der Erfindung ist j daß die Raumkurve Rk mathematische formuliert und in einem einheitlichen dreidimensionalen Koordinatensystem festgelegt wird« Ferner müssen in Raumkurvennähe in bestimmten Abständen koordinatenmäßig bekannte Festpunkte FP (trassennaher Polygonzug) vorhanden sein* Es ist ferner;zu gewährleisten«, daß zwischen der Raumkurve RIc und den Festpunkten FP eine Sichtver— bindung besteht«. Weiterhin geht die Erfindung you der Erkenntnis aus, daß der Einfluß der Refraktion auf die Genauigkeit des Steuervorganges auf etwa 25$ gegenüber den bisher bekannten Verfahren der Geraden- und Ebenensteuerung vermindert wird«.

Die o.g. Gerätekonfiguration besteht aus folgenden' Elementen:

- laserstrahl, mit Einrichtung für die Messung der Strecke s

- Einrichtung zur Nachführung des Laserstrahles auf den koor™ dinatemnäßig bekannten Festpunkt FP in horizontaler und'vertikaler Richtung

- Reflektor für den Laserstrahl, der auf dem koordinatenmäßig bekannten Zielpunkt FP aufgestellt wird

-Mikroprozessor zur Berechnung der Sollhoriaontalwinkel ex und der Sollvertikalwinkel β am jeweiligen Raurnkurvenpunkt P

-Vorrichtung zum Einstellen der Sollhorizontalwinkel<* und Sollvertikalwinkel β zwischen dem Laserstrahl und der Ferti-.gerbasis; mit diesen .Einstellbewegungen werden gleichzeitig die Arbeitswerkzeuge in die. richtige Arbeitslage gebrachte .

Der Arbeitsablauf ist bei diskontinuierlichen Arbeitsprozessen; wie sie S₆B₀, beim Einsatz von 'Gleisstopf- und Riolitmasohinen auftreten, folgender!

— - tm

1. Der Fertiger wird auf dem Anfangspunkt der zu fertigenden Raumkurve Rk nach lage und Höhe aufgestellt»

2· Auf dem nächstgelegenen koordinatenmäßig bekannten Festpunkt FP wird der Laserreflektor aufgestellt,

3· Der laserstrahl wird duroh manuelle Zielung auf den Laserreflektor eingestellt«

4. Messung der Schrägstrecke s nach dem koordinatenmäßig bekannten Festpunkt FP*

5. Berechnung der SollhorizOntalwinkel or und der Sollvertikalwinkel />' entsprechend der gemessenen Strecke s und der mathematisch formulierten Raumkurve Rk,

6«, Einstellung der Arbeitswerkzeuge entsprechend der berechneten Sollhorizontalwinkel <* und der Sollvertikalwinkel β · dadurch nehmen die Arbeitswerkzeuge die entsprechende Stellung zur Fertigung der Raumkui've Ek ein»

7· Nach Abschluß des Fertigungsvorganges rückt die Maschine um eine entsprechende Länge vor, wobei der laserstrahl automatisch dem Reflektor nachgeführt wird.

Die Arbeitsschritte 4«, bis 7* v/iederholen sich zyklisch· Handelt es sich um einen kontinuierlich ablaufenden Arbeitsprozeß, wie er z.B. bei Straßenfertigern vorkommt, dann muß der Fertiger zwischen den Arbeitszyklen des Steuervorganges mit Hilfe eines internen Trägheitssteuersystems stabil gehalten werden«

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung zur Steuerung von Baumaschinen werden nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels mit einer .Gleisstopf- und Richtmaschine näher erläutert* In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen '

Figol die Prinzipdarstellung zum Herstellen der Solläge und Fig«2 die Prinzipdarstellung zum Herstellen der Sollhöhe.

Voraussetzung für die Anwendung einer mit der erfindungsgemäßen Steuerung ausgerüsteten Gleisstopf- und Richtmaschine ist ein Gleis j das mit Lagefehlern behaftet sein kann, die mathematische Formulierung der zu fertigenden Raumkurve Rk und koordinatenmäßig bekannte Festpunkte FP in Gleisnähe mit Längsabständen bis 200 m„ Der gesarate Arbeitsablauf erfordert folgende

Vorbereitimgsarbeitens . . '

~ Markierung des Anfangpunktes A der Strecke« die gerichtet und gestopft werden soll

~ Aufstellen des Reflektors auf dem kooxdinatenmäßig bekannten Festpunkt FP

- 'Hingabe der mathematisch formulierten EauirJiurve Rk und der. Koordinaten.des Festpunktes FP in den Mikroprozessor

-.Vorfahren der Gleisstopf- und Richtmaschine auf dem markierten Anfangspunkt A der Strecke

- Ausrichten des Laserstrahles von Hand auf den Reflektor und Einschalten der Nachfuh.rautoma.tik· - .

Der zyklische.Steuerungsablauf umfaßt folgende/Teilschrittes-

- Auslösen des Meßvorgangest es erfolgt die Messung der Strecke s und die Berechnung des Sollhorizontalv/inkels <x und des Sollvertikalwinkels /?. *

- Auslösen des Richtvorganges; es wird der Steuerpimkt P*, wenn o(''-< <x bzw« von P^{5 1}J wenn c< "> <*· ist, solange horizontal verschoben j bis der Sollhorisontalwinkel <x mit dem 'am' Steuermechanismus übereinstimmte Der Steuerpunkt hat dann die theoretisch richtige Lae;e P auf der vorausberechneten Eaumkuxre Rk eingenommene Die Achse der Maschine dreht sich dabei gemäß Fig.* 1 um den Drehpunkt A*

- Auslösen des Stopfvorganges; es wird der Steuerpunkt von P¹ wenn fi^!<ß bzw_e von P^stj wenn ß"> β ist, solange vertikal verschoben, bis der Sollvertikalwinkel /?. mit dem. am Steuerniechanismus übereinstimmt«, Der Steuerpunkt hat dann die theoretisch richtige Höhe P auf der vorausberechneten Kaumkurre Rk eingenommen* Die Achse der faschine dreht sich. dabei gemäß Pig»2 um den Drehpunkt A_e

- Vorrücken der Gleisstopf- und Richtmaschine; dabei wird der Laserstrahl automatisch auf den Reflektor, der auf dem. Festpunkt FP steht j naohgeführt und der Steuerablauf beginnt erneut* Wenn der Sollhorizontalwinkel c< eine bestimmte Größe erreicht hat _s wird der laserstrahl auf den nächsten Festpunkt FP neu eingerichtet«.

Claims

Erfindung sauspruc h '

1· Verfahren und Anordnung zur Steuerung von Baumaschinen, gekennzeichnet dadurch, daß die Baumaschine auf einer vorausberechneten Raumkurve Rk in der Art automatisch durch Laserstrahl gesteuert v/ird, daß durch die Steueranordnung ausgehend von einem auf der Raumkurve Rk. liegenden Punkt A durch Berechnen und Einstellen der SoIlhorizontalv/inkel c< und Sollvertikalwinkel /? , die 3ich als Winkel zwischen dem Punkt A, dem jeweiligen Raumkurvenpimkt P und einem koordinatenmäßig bekannten Festpunkt FP ergeben, der Raumkurvenpunkt P zyklisch auf die Raumkurve RIc gebracht wird»

2« Anordnung zur Realisierung des Verfahrens nach Punkt 1_ej gekennzeichnet dadurch, daß sie aus einem Laserstreckenmeßsystem, einer Vorrichtung zum Messen der Horizontalv/inkel c* und Vertikalwinkel β , einem Mikroprozessor zur Speicherung der mathematisch definierten Raumkurve RIc₅. zur Berechnung der Sollwinkel <* und β und zum Vergleich der gemessenen und berechneten Winkel <* und β sowie einer Vorrichtung zur Nachführung des Laserstrahles auf dem Festpunkt FP während der Fortbewegung der Baumaschine und einem Verbindungselement zwischen den Arbeitswerkzeugen, der Y/inkelmeßvorrichtung und des Mikroprozessors, das die Bewegungen der Arbeitswerkzeuge proportional überträgt, besteht«. .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen