DD145771A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR CONTROLLING CONSTRUCTION MACHINES - Google Patents

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Abstract

The control circuit is included in a construction machine for laying and aligning rail tracks. The construction machines are controlled along previously calculated three-dimensional curves using laser beams. The control system starts from a point (A) on the three-dimensional curve (RK). It calculates and adjusts the reference horizontal and vertical angles. These angles are obtained from one point (A), the respective point (P) on the three-dimensional curve and a fixed point (FP) whose coordinates are known. The point (P) is plotted on the three-dimensional curve (RK) in cycles.

Description

Prof»Drescetechiu Gerhard Müller Dresden,den 3*9*1979 ·Prof »Dr e e techiu Gerhard Müller Dresden, 3 * 9 * 1979 ·

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren und Anordnung zxa Steuerung τοπ. BaumaschinenMethod and arrangement zxa control τοπ. Construction

Anwendungsgebiet der Eriin dungField of application of the invention

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»The invention relates to a method for controlling construction equipment and an arrangement for carrying out the method according to the invention · the solution can be used to control such construction machines, manufacture the preferably linear Structures j that affects sJ 8, the tamping and alignment of tracks "

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bei der Steuerung von. Baumaschinen unterscheidet man:Characteristic of the known technical solutions In the control of. Construction machines are distinguished:

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*(a) Absolute controls, control mechanisms which control the working tools of the machines so as to assume a precalculated position with respect to points which are not directly related to the structure to be constructed. "Such points can be known as coordinates .Fest points be *

b) Relative Steuerungen,· cUtu Steuermechanismen! die die Arbeitswerkzeuge von Maschinen so steuern., daß sie eine dem Verfahren entsprechende geänderte Lage zur Ausgangssitu-b) Relative controls, · cUtu control mechanisms! control the working tools of machines so that they have a modified position

.ation einnehmen» Zu den absoluten-Steuermeohanismen gehört die Leitdraht steuerungj. mit der es möglich ist," eine aus kurzen Geradenoccupy. »One of the absolute control mechanisms is the guidewire control system. with which it is possible, "a short straight line

C ΐ? ;- i -i C ' ) ' O (Y ι \ O1 ' "' C ΐ? - i -i C ')' O (Y ι \ O 1 '"'

zusammengesetzte Raumkurve zu fertigen» Ein Fertiger tastet sich mit entsprechenden Meßfühlern .an.einem die theoretisch richtige IkSrnie-verkörpernden Meßdraht entlangβ 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» ' ".;'.To produce a composite space curve »A paver probes with corresponding probes along a theoretically correct measuring wire along β To produce the desired horizontal and vertical position of the working tools, a guidewire on each side of the paver is to be staked out for position and height and to assemble * Since this process can only be done manually •, an extraordinarily large amount of work is required · in the case of pre-installation of such a control system.

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«Bc 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»These control mechanisms also include laser beam controls of flat dredgers on straight lines and planes. "The known methods and arrangements of the straight line and plane control are based on laser transmitters which are on coordinate known points, the work tools are controlled from the outside via corresponding receivers." Disadvantageous therefore that, above all, the laser beam deviations due to refraction phenomena are in the full amount the theoretically correct position of adulterator ». A realized tree curve control with the help of laser beams is not known at present »The guide wire control can only be considered as a temporary solution, because the manual effort to prepare the control in relation to the automatically running manufacturing process is extremely high * With the" straight and level control can be particularly in the transport be controlled only a small part of Fertigimgsprozesse "the relative Steuerniechanismen put embodied lines, for" B c in. .Fo3? m of tracks, furrows, grain cut edges and "EO ahead · only with the involvement of such embodied lines, it is eg" possible that Curvature of tracks that are deformed by operational action may approximate the theoretically correct curvature magnitudes.These control mechanisms may also be expected from the known controls of agricultural machinery which permit the machine to be driven along furrows, rows, cut edges and the like »To lead · The production of precalculated hemstitch curves is not possible by means of the known relative control mechanisms «. Rather, these are methods and arrangements with which existing deviations from the desired geometry, for example * position errors of tracks, can be reduced, but not eliminated»

Ziel dei ErfindungAim of the invention

Ziel der Erfindung ist es s einen Steuermechanisnms für Baumaschinen vorzuschlagen, der sich durch eine weitgehend automatisierte Arbeitsweise und hohe Arbeitsgenauigkeit auszeichnet«The aim of the invention is to propose a s Steuermechanisnms for construction machinery, which is characterized by a largely automated operation and high working accuracy "

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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«.· Object of the invention to develop a method and an arrangement ", which allow to control s Equipment at precalculated · space curves by means of laser beams" According to the invention v / lrd the object by Dissolved that a device figuration for controlling the construction machine mounted on this is and the following method steps are processed * condition for the application of the invention is j that the space curve Rk is formulated mathematically and in a uniform three-dimensional coordinate system «Furthermore, in coordinate space near certain coordinate coordinates known fixed points FP (trapezoidal traverse) must be present * It is further "to ensure that there is a line of sight between the space curve RIc and the fulcrums FP." Furthermore, the invention is based on the recognition that the influence of the refraction on the accuracy of the control process is about $ 25 compared to the above he known method of the line and plane control is reduced «.

Die o.g. Gerätekonfiguration besteht aus folgenden' Elementen:The o.g. Device configuration consists of the following elements:

- laserstrahl, mit Einrichtung für die Messung der Strecke s- laser beam, with device for measuring the distance s

- Einrichtung zur Nachführung des Laserstrahles auf den koor™ dinatemnäßig bekannten Festpunkt FP in horizontaler und'vertikaler Richtung- Device for tracking the laser beam on the koor ™ dinatemnigig known fixed point FP in horizontal and 'vertical direction

- Reflektor für den Laserstrahl, der auf dem koordinatenmäßig bekannten Zielpunkt FP aufgestellt wird- Reflector for the laser beam, which is placed on the coordinates known target point FP

-Mikroprozessor zur Berechnung der Sollhoriaontalwinkel ex und der Sollvertikalwinkel β am jeweiligen Raurnkurvenpunkt P-Micro processor for calculating the Sollhoriaontalwinkel ex and the target vertical angle β at each 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 .Means for setting the desired horizontal angle <* and desired vertical angle β between the laser beam and the fertilizer base; with these .Einstellbewegungen be simultaneously working tools in the. correct work situation brought.

Der Arbeitsablauf ist bei diskontinuierlichen Arbeitsprozessen; wie sie S6B0, beim Einsatz von 'Gleisstopf- und Riolitmasohinen auftreten, folgender!The workflow is in discontinuous work processes; as they occur in S 6 B 0 , when using 'Gleisstopf- and Riolitmasohinen', the following!

— - tm- - tm

1. Der Fertiger wird auf dem Anfangspunkt der zu fertigenden Raumkurve Rk nach lage und Höhe aufgestellt»1. The paver is set up at the starting point of the curve Rk to be produced according to position and height »

2· Auf dem nächstgelegenen koordinatenmäßig bekannten Festpunkt FP wird der Laserreflektor aufgestellt,2 · The laser reflector is set up at the nearest co-ordinate fixed point FP

3· Der laserstrahl wird duroh manuelle Zielung auf den Laserreflektor eingestellt«3 · The laser beam is adjusted to the laser reflector by manual aiming «

4. Messung der Schrägstrecke s nach dem koordinatenmäßig bekannten Festpunkt FP*4. Measurement of the slant distance s according to the coordinates known fixed point FP *

5. Berechnung der SollhorizOntalwinkel or und der Sollvertikalwinkel />' entsprechend der gemessenen Strecke s und der mathematisch formulierten Raumkurve Rk,5. Calculation of the desired horizontal angle or and the desired vertical angle /> 'according to the measured distance s and the mathematically formulated space curve 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»6, "Setting the working tools according to the calculated desired horizontal angle <* and the target vertical angle β · by taking the working tools to the appropriate position for the production of Raumkui've Ek, a"

7· Nach Abschluß des Fertigungsvorganges rückt die Maschine um eine entsprechende Länge vor, wobei der laserstrahl automatisch dem Reflektor nachgeführt wird.7 · After completion of the manufacturing process, the machine advances by a corresponding length, whereby the laser beam is automatically adjusted to the reflector.

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«The steps 4 "to 7 * repeat / cyclically. If it is a continuous working process, as described e.g. road pavers, the paver must be kept stable between the working cycles of the control process by means of an internal inertia control system «

Ausführungsbeispielembodiment

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 'The method according to the invention and the arrangement according to the invention for controlling construction machines will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment with a slip-tying and straightening machine.

Figol die Prinzipdarstellung zum Herstellen der Solläge und Fig«2 die Prinzipdarstellung zum Herstellen der Sollhöhe.Figol the schematic diagram for producing the desired saw and Fig «2, the schematic diagram for producing the desired height.

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 folgendePrerequisite for the application of equipped with the inventive control track tamping and straightening machine is a track j that may be subject to errors, the mathematical formulation of the space curve Rk to be produced and coordinates known fixed points FP near the track with longitudinal distances up to 200 m "The gesarate workflow required the following

Vorbereitimgsarbeitens . . ' Preparing to work. , '

~ Markierung des Anfangpunktes A der Strecke« die gerichtet und gestopft werden soll~ Marking of the starting point A of the route to be judged and stuffed

~ Aufstellen des Reflektors auf dem kooxdinatenmäßig bekannten Festpunkt FP~ Place the reflector on the kooxdinatenmäßig known fixed point FP

- 'Hingabe der mathematisch formulierten EauirJiurve Rk und der. Koordinaten.des Festpunktes FP in den Mikroprozessor- 'Devotion of the mathematically formulated EauirJiurve Rk and the. Coordinates of the fixed point FP in the microprocessor

-.Vorfahren der Gleisstopf- und Richtmaschine auf dem markierten Anfangspunkt A der Strecke-Proceeding of the track tamping and straightening machine on the marked starting point A of the route

- Ausrichten des Laserstrahles von Hand auf den Reflektor und Einschalten der Nachfuh.rautoma.tik· - .- Aligning the laser beam by hand on the reflector and turning on Nachfuh.rautoma.tik · -.

Der zyklische.Steuerungsablauf umfaßt folgende/Teilschrittes-The cyclic control sequence comprises the following / sub-step

- Auslösen des Meßvorgangest es erfolgt die Messung der Strecke s und die Berechnung des Sollhorizontalv/inkels <x und des Sollvertikalwinkels /?. *- Triggering the Meßvorgangest it takes the measurement of the distance s and the calculation of the desired horizontal height / x and the desired vertical angle / ?. *

- Auslösen des Richtvorganges; es wird der Steuerpimkt P*, wenn o(''-< <x bzw« von P5 1J 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*- triggering the straightening process; the control pixel P *, if o ('' - << x or 'of P 5 1 J if c <"><* ·, is shifted horizontally until the nominal horizontal angle x coincides with the on control mechanism Control point then has the theoretically correct Lae; e P on the precalculated Eaumkuxre Rk taken The axis of the machine rotates in accordance with Fig. * 1 around the pivot point A *

- Auslösen des Stopfvorganges; es wird der Steuerpunkt von P1 wenn fi!<ß bzwe von Pstj 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 Ae - triggering the stuffing process; it becomes the control point of P 1 if fi ! <ß or e of P st j if ß "> β , as long as vertically shifted, until the desired vertical angle / ?. coincides with that on the control mechanism." The control point then assumed the theoretically correct height P on the precalculated Kaumkurre Rk Axis of the machine rotates while moving around the pivot point A e according to Pig »2

- 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«.- advancing the track tamping and straightening machine; At the same time, the laser beam is automatically directed at the reflector, which is located on the. Fixed point FP is j oohgeführt and the control sequence starts again * When the nominal horizontal angle c <has reached a certain size s the laser beam is re-established to the next fixed point FP.

Claims (2)

Erfindung sauspruc h 'Invention 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»A method and arrangement for the control of construction machines, characterized in that the construction machine is automatically controlled by a laser beam on a predicted space curve Rk in the manner that is determined by the control arrangement from a point A lying on the space curve Rk Adjusting the horizontal distance c and the vertical vertical angle? , which result in 3, as an angle between the point A, the respective Raumpurktpimkt P and a coordinate known fixed point FP, the space curve point P is cyclically brought to the space curve RIc » 2« Anordnung zur Realisierung des Verfahrens nach Punkt 1ej 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«. .2 arrangement for implementing the method according to item 1 ej characterized in that it consists of a Laserstreckenmeßsystem, a device for measuring the Horizontalv / inkel c * and vertical angle β , a microprocessor for storing the mathematically defined space curve RIc. 5 for calculating the target angles <* and β and for comparing the measured and calculated angles <* and β and a device for tracking the laser beam on the fixed point FP during the movement of the construction machine and a connecting element between the working tools, the Y / inkelmevorrichtung and the microprocessor , which transmits the movements of the working tools proportionally, consists «. , Hierzu 1 Blatt ZeichnungenFor this 1 sheet drawings
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