DE102016207841A1

DE102016207841A1 - Schichtdickenmessvorrichtung und Verfahren zur Schichtdickenmessung

Info

Publication number: DE102016207841A1
Application number: DE102016207841.0A
Authority: DE
Inventors: Dominik Becher; Jörg Ruppel; Nikodemus Giehl; Torsten Schönbach
Original assignee: MOBA Mobile Automation AG
Current assignee: MOBA Mobile Automation AG
Priority date: 2016-05-06
Filing date: 2016-05-06
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2036-05-07
Also published as: DE102016207841B4

Abstract

Eine Schichtdickenerfassungsvorrichtung zum Messen einer Schichtdicke Hs einer mittels einer Baumaschine aufgebrachten Schicht umfasst eine Messeinheit sowie eine Berechnungseinheit. Die Messeinheit umfasst einen ersten und einen zweiten Distanzsensor, die zueinander mit einem bekannten Winkel gewinkelt angeordnet sind, wobei die Messeinheit gewinkelt in Bezug auf eine beliebige Senkrechte der Baumaschine in einer bekannten Höhe zu einer Grundebene, auf die die Schicht aufzubringen ist, angeordnet ist, so dass der erste Distanzsensor mit einem ersten Winkel gegenüber der Senkrechten auf die aufgebrachte Schicht zielt und ausgebildet ist, einen ersten Abstand zu selbiger zu ermitteln, und so dass der zweite Distanzsensor mit einem zweiten Winkel gegenüber der Senkrechten auf die aufgebrachte Schicht zielt und ausgebildet ist, einen zweiten Abstand zu selbiger zu ermitteln. Die Berechnungseinheit ist ausgebildet, um die Schichtdicke Hs ausgehend von der bekannten Höhe und dem bekannten Winkel und dem ersten und dem zweiten Abstand zu bestimmen.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Schichtdickenmessvorrichtung, z. B. für einen Straßenfertiger, auf einen Straßenfertiger mit einer Schichtdickenmessvorrichtung sowie auf ein Verfahren zur Erfassung der Schichtdicke eines aufgebrachten (Straßen-)Belags bzw. einer Materialschicht, die durch einen Straßenfertiger auf einen Untergrund (Grundebene) aufgebracht bzw. eingebaut wurde.
Allgemein läuft ein Straßenfertiger mit einem Fahrwerk bestehend aus Raupenketten oder Rädern auf einem vorbereiteten Untergrund, auf den eine zu fertigende Straßendecke bzw. ein zu fertigender Straßenbelag aufzubringen ist. Im Regelfall handelt es sich bei dem eingebauten Straßenbelag um ein bituminöses Material, wobei aber ebenso sandige oder steinige Schichten oder Betonschichten eingebaut werden können. In Fahrtrichtung hinten am Straßenfertiger ist eine höhenverstellbare Bohle vorgesehen, an deren Vorderseite ein Vorrat des Straßenbelagmateriales angehäuft ist, der durch eine Fördereinrichtung gefördert und verteilt wird, die dafür Sorge trägt, dass auf der Vorderseite der Bohle immer eine ausreichende, jedoch nicht zu große Menge des Straßenbelagmaterials bevorratet gehalten wird. Die Höhe der Hinterkante der Bohle gegenüber der Oberfläche des vorbereiteten Untergrundes, der gegebenenfalls auch durch eine alte Straßenbelagdecke gebildet sein kann, legt die Dicke der gefertigten Straßendecke vor ihrer anschließenden weiteren Verfestigung bzw. Verdichtung durch Walzen fest. Die Bohle ist an einem Zugarm gehalten, der um einen im Mittenbereich des Straßenfertigers angeordneten Zugpunkt drehbeweglich gelagert ist, wobei die Höhenlage der Bohle von einer Hydraulikverstelleinrichtung festgelegt wird.
Beim Bau einer Straße ist es erwünscht, die erzeugte Schicht möglichst kontinuierlich und in Echtzeit zu messen. Die Ermittlung der Schichtdicke ist beispielsweise erwünscht, um die Qualität des neu eingebauten Straßenbelags zu kontrollieren. Ist die berechnete Schichtdicke, beispielsweise einer bituminösen Schicht, zu gering, dann besteht die Gefahr, dass der Straßenbelag frühzeitig aufbricht, was kostspielige Nachbesserungen des Straßenbelags zur Folge hat. Andererseits ist die Schichtdicke im Hinblick auf die verbaute Materialmenge zu überprüfen, um nicht zu viel Material zu verbauen, was zu erhöhten Kosten führen würde.
Aus der EP 2 921 588 A1 ist ein Straßenfertiger mit einer Bohle zum Einbau einer Materialschicht auf einem Untergrund und einer Schichtdickenerfassungsvorrichtung zum Erfassen der Dicke der eingebauten Materialschicht bekannt. Die Schichtdickenerfassungsvorrichtung umfasst einen ersten Sensor in Fahrtrichtung hinter der Bohle zum Erfassen eines ersten Abstands zu der eingebauten Materialschicht und einen zweiten Sensor in Fahrtrichtung vor der Bohle zum Erfassen eines zweiten Abstands zu dem Untergrund, wobei die Schichtdickenerfassungsvorrichtung fest an der Bohle befestigt ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der zweite Sensor in Fahrtrichtung vor der Bohle auch am Zugarm des Straßenfertigers angeordnet sein.
Nachteilig an der Schichtdickenerfassungsvorrichtung ist, dass die Montage der Vorrichtung aufwendig ist und meist eine spezielle, an die entsprechende Bohle angepasste Mechanik notwendig ist. Weiterhin von Nachteil ist, dass der erste Sensor in Fahrtrichtung hinter der Bohle sowie die Mechanik zum Halten dieses Sensors sich im Wesentlichen im Arbeitsbereich des Einbaupersonals befindet und somit während des Asphalteinbauvorgangs hinderlich ist, da das Einbaupersonal des Öfteren hinter der Bohle quer zur Fahrtrichtung des Straßenfertigers hin- und herläuft und somit über die Mechanik der Haltevorrichtung stolpern könnte. Ferner ist eine Abstandsmessung mittels Ultraschallsensoren nachteilig, da es insbesondere bei Messungen über heißem Asphalt zu großen Ungenauigkeiten bzw. starken Schwankungen der aufgenommenen Messwerte aufgrund von Interferenzen und/oder Änderungen der Schallgeschwindigkeiten aufgrund aufsteigender heißer Luft kommen kann.
Weitere bekannte Systeme zur Ermittlung der Schichtdicke eines neu eingebauten Straßenbelags werden beispielsweise in der EP 2 535 456 A1 , der EP 2 535 457 A1 oder der EP 2 535 458 A1 beschrieben. Nachteilig an diesen bekannten Systemen ist, dass diese mechanisch und signalverarbeitungstechnisch aufwendig sind und dennoch keine ausreichende Genauigkeit bei der Ermittlung der Schichtdicke aufweisen.
Weiterhin ist aus der DE 100 60 903 A1 eine Laser-Regeleinrichtung für eine Baumaschine zur Einstellung der Höhe eines höhenverstellbaren Bearbeitungswerkzeugs mit einem ersten, zweiten und dritten Lasermesskopf bekannt, wobei die Regeleinrichtung an der Baumaschine angeordnet ist und die Messpunkte der Lasermessköpfe auf einer Referenzfläche voneinander beabstandet sind und im Wesentlichen in Bewegungsrichtung der Baumaschine hintereinander liegen. Der erste und der zweite Lasermesskopf sind in einem ersten Winkel, und der erste und der dritte Lasermesskopf sind in einem zweiten Winkel zueinander angeordnet. Eine Auswerteeinrichtung bestimmt abhängig von den Ausgangsignalen des ersten, zweiten und dritten Lasermesskopfes deren Abstände gegenüber der Referenzfläche und berechnet aufgrund der bestimmten Abstände und der bekannten geometrischen Anordnung der Lasermessköpfe bezüglich des Bearbeitungswerkzeuges die Höhe des Bearbeitungswerkzeugs gegenüber der Referenzebene. Abhängig von der berechneten Höhe und einer Soll-Höhe erzeugt die Auswerteeinrichtung ein Höhensteuersignal für das Bearbeitungswerkzeug.
Bekannt sind aus der DE 10 2009 044 581 A1 Verfahren zum Asphaltieren einer Fläche bis auf eine gewünschte Hohe unter Verwendung eines Straßenfertigers, der eine Asphaltmatte kontrollierter Dicke auf einer Gründungsebene ablegt und den Asphalt unter Verwendung einer Verdichtungsmaschine auf die gewünschte Höhe verdichtet. Dabei kann das Abtasten der Höhenlinie der Gründungsebene unter Verwendung einer Laserabtastvorrichtung erfolgen. Zur Bestimmung der Höhe der Oberseite der Asphaltmatte nach der Komprimierung kann mit einem Laserscanner, der auf die Oberfläche hinter der Verdichtungsmaschine gerichtet ist, erfolgen.
Ferner sind Vorrichtungen zur Temperaturmessung der Oberfläche von heißem Asphalt, bestehend aus einem sich quer zur Fahrtrichtung bewegenden Infrarottemperaturmesskopf, einem Motor zum Bewegen dieses Sensors und einer Ansteuerung, bereits aus der DE 20 2009 016 129 U1 sowie aus der Patentanmeldung DE 10 2014 222 693 der Anmelderin bekannt.
Basierend auf der DE 20 2009 016 129 U1 ist aus der DE 20 2013 001 597 U1 eine Berechnung der Einbaubreite der neu aufgebrachten Asphaltschicht bekannt. Diese wird anhand der Höhe des Messkopfes über der Asphaltschicht, welche mit einem Abstandssensor ermittelt wird, und den Winkelwerten, an welchen der Messkopf die Bewegungsrichtung ändert, berechnet.
Es besteht daher der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz zur Ermittlung der Schichtdicke.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Konzept zu schaffen, das eine einfach zu implementierende, zuverlässige und störunanfällige Messung einer Schichtdicke ermöglicht und die in Bezug auf die weiteren angesprochenen Nachteile gegenüber den obigen Konzepten verbessert ist.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Schichtdickenerfassungsvorrichtung zum Messen einer Schichtdicke Hs einer mittels einer Baumaschine aufgebrachten Schicht. Die Schichtdickenerfassungsvorrichtung umfasst mindestens eine Messeinheit und eine Berechnungseinheit. Jede Messeinheit umfasst einen ersten und einen zweiten Distanzsensor, die zueinander mit einem bekannten Winkel gewinkelt angeordnet sind. Die Messeinheit ist weiter gewinkelt in Bezug auf eine beliebige Senkrechte der Baumaschine in einer bekannten Höhe zu einer Grundebene, auf der die Schicht aufzubringen ist, angeordnet. Der erste Distanzsensor zielt mit einem ersten Winkel gegenüber der Senkrechten auf die aufgebrachte Schicht und ist ausgebildet, einen ersten Abstand zu selbiger zu ermitteln, während der zweite der Distanzsensoren mit einem zweiten Winkel gegenüber der Senkrechten auf die aufgebrachte Schicht zielt und ausgebildet ist, einen zweiten Abstand zu selbiger zu ermitteln. Die Berechnungseinheit ist ausgebildet, um die Schichtdicke Hs ausgehend von der bekannten Höhe, dem bekannten Winkel und dem ersten und zweiten Abstand zu bestimmen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass allein durch zwei Messwerte, nämlich zwei Abstandsmesswerte (vom Sensor zum (Straßen-)Belag), die mittels einer beispielsweise am Dachholm eines Straßenbaufertigers angebrachten (Laser-)Messeinheit ermittelt wurden, die Schichtdicke Hs eines aufgebrachten Straßenbelags bzw. beim Aufbringen des Straßenbelags exakt bestimmt werden kann. Hierzu ist die (Laser-)Messeinheit mit ihren zwei Abstandssensoren in einer bekannten Höhe in Bezug auf die Basisebene, auf die die Schicht aufgebracht werden soll bzw. wird, befestigt. Die (Laser-)Messeinheit ist so ausgebildet, dass zwischen den zwei (Laser-)Messstrecken (vom jeweiligen Sensor zum (Straßen-)Belag) der zwei (Laser-)Distanzsensoren ein vorbestimmter bzw. bekannter Winkel vorherrscht.
Durch die bekannten geometrischen Parameter der (Laser-)Messstrecken ist es möglich, zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten aufzustellen, die durch Einsetzen der zwei ermittelten Abstandswerte dahin gehend aufgelöst werden können, dass man direkt die Schichtdicke Hs der aufgebrachten Schicht erhält. In Bezug auf die Anordnung der (Laser-)Messeinheit gibt es im Wesentlichen nur eine Randbedingung, nämlich dass die Höhe der (Laser-)Messeinheit in Bezug auf die Grundebene bekannt ist oder ermittelt wird. Weiter ist das Endergebnis, d. h. die Berechnung der Schichtdicke Hs, unabhängig von dem Montagewinkel α der Lasersensoreinheit, den diese gegenüber einer Senkrechten (z. B. gegenüber der Dachhalterung) bildet. Dabei wird von einem konstanten bzw. vordefinierten Winkel β ausgegangen, den die beiden (Laser-)Distanzsensoren in der (Laser-)Messeinheit zueinander bilden. Beispielsweise ist die Messeinheit mechanisch derart ausgebildet, dass die (Laser-)Distanzsensoren immer einen festen Winkel β zueinander bilden, beispielsweise β = 3° bis 5° oder 1° bis 15°.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen erfolgt die Berechnung der Schichtdicke beispielsweise mittels folgender Formel:
Hierbei ist Href die bekannte Höhe gegenüber der Basisebene und L1 bzw. L2 die zwei gemessenen Abstandswerte. Aufgrund der Unabhängigkeit vom Montagewinkel α der Lasersensoreinheit gegenüber der beliebigen Senkrechten gehen Nickbewegungen des Straßenfertigers, z. B. bei Beladevorgängen (bei denen der Straßenfertiger kurz aufgrund der Beladung vorne absackt), in vorteilhafter Weise nicht in die Berechnung der Schichtdicke Hs mit ein. Denn durch die genannte Nickbewegung des Straßenfertigers ändern sich zwar die gemessenen Abstände L1 und L2, nicht aber die Anbauhöhe Href oder der Winkel β, so dass im Endergebnis wieder eine korrekte Berechnung der Schichtdicke Hs erfolgt.
Entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die oben als Distanzsensoren betitelten Sensoren sogenannte Laserdistanzsensoren, die den Abstand zu einem Auftreffpunkt auf dem Asphalt genau ermitteln können. Infolgedessen kann die Messeinheit auch als Lasermesseinheit bezeichnet werden. Es hat sich hierbei gezeigt, dass rotes Licht (im Bereich von 600 nm) und infrarotes Licht (1100 bis 1300 nm) sehr gut zur Erfüllung dieser Aufgabe geeignet ist. Durch den Einsatz von Lasern können die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile von Schichtdickenerfassungsvorrichtungen mittels Ultraschall vermieden werden, die insbesondere bei Messung über heißem Asphalt bestehen und in Messungenauigkeit resultieren. Anders ausgedrückt heißt es, dass die Laserdistanzsensoren es ermöglichen, die Schichtdickenerfassung mit wesentlich erhöhter Messgenauigkeit durchzuführen.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen weist die Schichtdickenerfassungsvorrichtung zwei Messeinheiten auf, die parallel zueinander angeordnet sind (z. B. linker oder rechter Dachholm). Die Berechnungseinheit ist infolgedessen dann ausgebildet, ausgehend von den zwei Messeinheiten, flächig die Schichtdicke zu bestimmen.
Hierbei sind die zwei, aber auch die einzelnen Messeinheiten derart angeordnet, dass die beiden Distanzsensoren auf die neu eingebaute Asphaltschicht, z. B. kurz hinter der Bohle zielen, wobei der Winkel in etwa so gewählt ist, dass die Messpunkte, auf denen die jeweils zueinander gehörigen Distanzsensoren zielen, ca. einen Meter (oder 0,25 bis 2,5 m) voneinander beabstandet (bevorzugt in Fahrtrichtung hintereinander oder näherungsweise hintereinander) sind. Die Anordnung der Messeinheiten im Dachbereich bzw. allgemein im oberen Bereich des Straßenfertigers, d. h. also beim Fahrerstand und bei einer Fahrerkabine, bietet den Vorteil, dass das Einbaupersonal (Arbeiter im Bohlenbereich) nun nicht mehr durch störende Haltevorrichtungen, die nach hinten über die Bohle hinausragen, behindert wird. Auch ist dieser Einbaubereich sehr prädestiniert, weil hier das Anbringen der Messeinheiten sehr einfach ist. Es sind keine aufwendigen mechanischen Halterungen erforderlich, was im Resultat Material und Kosten einspart.
Auch wenn entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen der Abstand Href, also die Anbauhöhe der Messeinheit in Bezug auf die Aufstandsebene des Fahrwerks der Baumaschine bekannt sein sollte, kann entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen diese mittels einer zusätzlichen Messeinheit oder entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen mittels einer Kalibrierfahrt bestimmt werden. Sollte beispielsweise die Höhe Href nicht oder nicht exakt bestimmbar sein, so ist es möglich, die Schichtdickenerfassungsvorrichtung nach dem Montieren, aber vor dem eigentlichen Asphalteinbau, abzugleichen bzw. zu kalibrieren. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Vorrichtung auf den Untergrund (Referenzfläche), auf dem der Straßenfertiger läuft, abgeglichen wird. Beim Einbau des Asphalts bildet dann die Dicke der neu gelegten Asphaltschicht die Schichtdicke Hs zur Referenzfläche, was sich messtechnisch dadurch äußert, dass die Längen L1 und L2 gegenüber den vor dem Asphalteinbau bestimmten Längen L1 und L2 variieren. Ausgehend hiervon kann die Berechnungseinheit dann die tatsächliche Höhe Href zurückberechnen. Alternativ wäre es auch möglich, in der Höhe der ersten Messeinheit oder in einer zu dieser fixen variierenden Höhe eine weitere Messeinheit anzuordnen, die beispielsweise im vorderen Fahrzeugbereich kontinuierlich oder initial den Abstand zu der Grundebene misst. Hierdurch kann bei bekannter Höhenbeziehung der zwei Messeinheiten zueinander die initiale Höhe bestimmt werden und unabhängig von dieser Kenntnis zusätzlich auch noch Störeinflüsse kompensiert werden, wenn beispielsweise die Baumaschine durch eine Kuhle fährt. Wenn beispielsweise die Messeinheit nach vorne ausgerichtet ist, wird diese Kuhle vorab bestimmt, so dass in der Berechnungseinheit dann bei Durchschreiten der Kuhle die dadurch resultierende messtechnisch ermittelte Schichtdickenänderung kompensiert werden kann.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann die Schichtdickenerfassungsvorrichtung einen Neigungssensor umfassen, so dass mittels der übermittelten Neigungsinformation Störeinflüsse bei der Berechnung der Schichtdicke Hs berücksichtigt werden können.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kommunizieren die einzelnen Messeinheiten sowie die Berechnungseinheit miteinander mittels einer drahtgebundenen oder bevorzugt mittels einer drahtlosen Schnittstelle. Auch kann mittels einer derartigen drahtlosen Schnittstelle eine Anzeige zur Darstellung der ermittelten Schichtdicke und/oder ein externer Empfänger angekoppelt werden, an den die ermittelten Schichtdickendaten übertragen werden sollen.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann die Schichtdickenerfassungsvorrichtung Mittel zum vertikalen und/oder horizontalen Schwenken umfassen. Hierdurch ist es möglich, die Schichtdicke über die gesamte Straßenbereite bzw. über die gesamte Länge „abzuscannen”, um so in der Fläche das Schichtdickenprofil zu bestimmen. Hierbei kann entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen die Berechnungseinheit auch eine sogenannte „Kantendetektion” integriert haben, durch welche die Randbereiche der aufgebrachten Schicht erkannt werden können, um die Breite derselben zu bestimmen. Dabei ist es auch denkbar, dass die Mittel zum vertikalen und/oder horizontalen Schwenken bspw. die Messeinheiten selbst oder einen rotierenden Spiegel, welcher an den Messeinheiten angeordnet ist, schwenken.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Straßenfertiger mit einer derartigen Schichtdickenerfassungsvorrichtung.
Wiederum weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zur Messung der Schichtdicke Hs, dieses Verfahren basiert eben auf dem Einsatz der oben beschriebenen Messeinheit bzw. Einheiten und umfasst die folgenden Schritte: Zielen mittels des ersten Distanzsensors auf die aufgebrachte Schicht und Ermitteln eines ersten Abstands zu selbiger, Zielen mittels des zweiten Distanzsensors auf die aufgebrachte Schicht und Ermitteln eines zweiten Abstands zu selbiger; und Bestimmen der Schichtdicke Hs ausgehend von der bekannten Höhe, dem bekannten Winkel und den zwei ermittelten Abständen.
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1a eine schematische Darstellung einer Baumaschine bzw. eines Straßenfertigers mit einer Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß einem Basisausführungsbeispiel;
1b das Verfahren zur Schichtdickenerfassung gemäß dem Basisausführungsbeispiel;
2a eine schematische Darstellung eines Straßenfertigers mit einer Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß erweiterten Ausführungsbeispielen; und
2b den Straßenbaufertiger mit der Schichtdickenerfassungsvorrichtung aus 2a in Kombination mit zusätzlichen optionalen Komponenten.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleiche und gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar bzw. austauschbar ist.
1 zeigt einen Straßenfertiger 10 mit einem Fahrwerk 10f, das auf einer Referenzebene 12 steht. Diese Referenzebene 12 ist der Untergrund, auf welchem die Schicht 14 (Asphaltschicht) aufgebracht werden soll. Der Straßenfertiger 10 hat einen oberen Aufbau 10a, wie z. B. eine Fahrerkabine mit Dachholmen, an welchem die Lasermesseinheit 20 mit ihren zwei Laserdistanzsensoren 20a und 20b angeordnet ist.
Die Lasermesseinheit 20 ist so angeordnet, dass einer der zwei Laserdistanzsensoren (hier der Laserdistanzsensor 20a) mit einem ersten Winkel α gegenüber einer beliebigen Senkrechten 10s, welche hier durch den Dachholm des Daches 10 gebildet ist, mit einem Winkel α gewinkelt angeordnet ist. Dieser Winkel α wird von dem Laserstrahl 20L1 und der Senkrechten 10s aufgespannt. Des Weiteren ist die Anordnung der Lasermesseinheit 20 so gewählt, dass der zweite Laserdistanzsensor 20b mit einem zweiten Winkel α + β gegenüber der Senkrechten 10s angeordnet ist. Hierbei wird der Winkel α + β wiederum zwischen der Senkrechten 10s und dem Laserstrahl 20L2, ausgesendet durch den Laserdistanzsensor 20b ermittelt. Wie bereits anhand der Nomenklatur zu erkennen ist, unterscheiden sich die zwei Winkel α und α + ß durch den festen und bekannten Winkel β. Anders ausgedrückt heißt es, dass unabhängig vom Winkel α die zwei Laserdistanzsensoren 20a und 20b derart auf die aufzubringende Asphaltschicht 14 ausgerichtet sind, das zwischen den jeweiligen Laserstrahlen 20L1 und 20L2 der Winkel β aufgespannt wird.
Die Lasermesseinheit 20 ist ferner in einer bekannten Höhe Href angeordnet. Diese bekannte Höhe bezieht sich auf die Basisebene 12, auf der das Fahrwerk 10f steht. Dadurch, dass das Fahrwerk 10f bzw. die Aufstandsfläche desselben einen fixen Bezug zu dem Anbringungsort der Lasermesseinheit 20 hat, ist die Höhe Href konstant und bekannt.
Nachdem nun die Struktur bzw. der Aufbau und die Anordnung der Lasermesseinheit 20 an dem Straßenfertiger 10 erläutert wurde, wird auf die Funktionalität unter Bezugnahme auf 1b eingegangen. 1b zeigt hierbei das zur Messung der Schichtdicke Hs durchgeführte Verfahren 100 mit den drei Basisschritten 110 bis 130.
Die Lasermesseinheit 20 bzw. um genau zu sein die Laserdistanzsensoren 20a und 20b sind dazu ausgebildet, den Abstand zu den Auftreffpunkten der Laserstrahlen 20L1 und 20L2 zu ermitteln. Hierdurch ergeben sich die ermittelten Längen L1 und L2. In Bezug auf das Verfahren 100 entspricht das den Verfahrensschritten 110 und 120, die das Zielen mittels des ersten Laserdistanzsensors 20a auf die aufgebrachte Schicht 14 und das Ermitteln eines Abstands L1 zu selbiger sowie das Zielen mittels des zweiten Laserdistanzsensors 20b auf die aufgebrachte Schicht 14 und das Ermitteln des zweiten Abstands L2 zu selbiger beschreiben. Ausgehend von diesen zwei ermittelten Abständen L1 und L2 zwischen den Laserdistanzsensoren 20a und 20b und den jeweiligen Auftreffpunkten auf dem Asphalt 14 sowie der bekannten Höhe Href und dem bekannten Winkel β kann dann beispielsweise mit der Gleichung:
der Abstand Hs ermittelt werden. Dieses Berechnen bzw. Bestimmen der Schichtdicke Hs ist in dem Verfahren 100 mit dem Bezugszeichen 130 markiert. Die Gleichung ergibt sich durch die Auflösung eines Gleichungssystems bestehend aus zwei Gleichungen (I und II) nach Hs. Die mathematische Herleitung ist wie folgt: cos(α) = Href / L1ref = H / L1 = Hs / (L1ref – L1) = Href – Hs / L1 I. cos(α + β) = Href / L2ref = H / L2 = Hs / (L2ref – L2) = Href – Hs / L2 II.
Hierbei ist L1ref und L2ref jeweils der Abstand ermittelt mittels der Laserdistanzsensoren 20a und 20b zu der Referenzebene 12. Diese Gleichungen werden wie folgt nach Hs aufgelöst. Hs = Href – cos(α + β)·L2 Hs = Href – (cos(α)·cos(β) – sin(α)·sin(β))·L2 Hs = Href – cos(α)·cos(β)·L2 + sin(α)·sin(β)·L2
Mit:
Hieraus ergibt sich dann im letzten Schritt die oben genannte Gleichung für Hs:
Wie zu erkennen ist, ist die Schichtdicke Hs unabhängig vom Winkel α zu ermitteln, so dass auch Imperfektionen beim Anordnen der Lasermesseinheit 20 in Bezug auf die Senkrechte 10s irrelevant sind, so lange die Laserstrahlen 20L1 und 20L2 auf die Asphaltschicht 14 treffen. Ein weiterer Vorteil der Unabhängigkeit vom Winkel α ist, dass Nickbewegungen des Straßenfertigers 10, z. B. bei Beladevorgängen (bei denen der Straßenfertiger kurz aufgrund der Beladung vorne absackt), keinen Einfluss auf die Messung haben, da infolge einer Nickbewegung zwar die gemessenen Abstände L1 und L2 variieren, aber die für die Berechnung (siehe Formel) relevanten Faktoren Href und β konstant bleiben.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass bei obigen Ausführungsbeispielen immer von einer Lasermesseinheit mit Laserdistanzsensoren ausgegangen wurde. Dies stellt die bevorzugte Ausführung dar, da so die Bestimmung des Abstandes punktgenau erfolgt. Hierbei hat sich gezeigt, dass sich einzelne Lasertypen besonders gut eignen. Gut geeignet sind Lasertypen mit einem emittierten roten Licht (im Bereich von 630 nm oder allgemein im Bereich von 550 bis 700 nm) sowie infrarotem Licht (im Bereich von 1100 bis 1300 nm bzw. allgemein im Bereich von 1000 bis 1500 nm). Hierbei ist anzumerken, dass insbesondere infrarotes Licht auf einer schwarzen Asphaltoberfläche der Schicht 14 besser reflektiert wird. Alternativ zu dem Einsatz von Laserdistanzsensoren können auch andere Distanzsensoren, z. B. auf Ultraschallbasis oder auf Radarbasis, eingesetzt werden.
Nachfolgend wird Bezug nehmend auf 2a und 2b ein erweitertes Ausführungsbeispiel erläutert. 2a zeigt den Straßenbaufertiger 10 in einer 3D-Ansicht, der gerade auf der Bezugsebene 12 mittels des Fahrwerks 10f stehend die Asphaltschicht 14 aufbringt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind an den zwei Dachholmen 10d1 und 10d2 des Aufbaus 10 zwei Lasersensoreinheiten 20 und 20' angeordnet, die jeweils die einzelnen Laserdistanzsensoren 20a und 20b bzw. 20a' und 20b' aufweisen.
In anderen Worten ausgedrückt heißt das, dass auf jeder Seite des Dachs vom Straßenfertiger zwei einzelne Laserdistanzsensoren 20a, 20a', 20b, 20b' in einem definierten Winkel (α sowie α + β) zur Senkrechten 10s angebracht sind. Der Montagewinkel ist so bestimmt, dass jeder der beiden Laserdistanzsensoren 20a, 20b, 20a', 20b' der zwei Messeinheiten 20 und 20' auf die neu eingebaute Asphaltschicht 14, bevorzugt direkt hinter der Einbaubohle 10b des Straßenbaufertigers 10, gerichtet sind. Dabei sind die beiden Laserdistanzsensoren 20a und 20b bzw. 20a' und 20b' in dem definierten Winkel β verdreht zueinander angeordnet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Winkel β der Lasermesseinheit 20 bevorzugt dem Winkel β der Lasermesseinheit 20' gleicht, dies aber nicht zwingend erforderlich ist. Durch die Verdrehung in den Winkel β wird erreicht, dass die Messpunkte je Messeinheit 20 oder 20' auf der neu eingebauten Asphaltschicht 14 in Fahrtrichtung des Straßenfertigers einen Abstand von vorzugsweise 1 m erreicht. In diesem Zusammenhang wird auf 1a und den mit A gekennzeichneten Abstand verwiesen. Dadurch, dass die Laserstrahlen kurz hinter der Bohle 10b ausgerichtet sind, ist der Abstand von zumindest einem der Laserstrahlen der Messeinheiten 20 oder 20' gegebenenfalls kleiner als ein Meter.
Ausgehend von dieser Anordnung kann, wie oben bereits beschrieben, über Triangulation die Schichtdicke Hs bestimmt werden und es können auf die Messung nachteilig wirkende Einflüsse, z. B. Einflüsse des Straßenfertigers bei Beladevorgängen (bei denen der Straßenfertiger kurz aufgrund der Beladung vorne absackt), kompensiert werden.
Die Nutzung von zwei Lasermesseinheiten hat zum einen den Vorteil, dass die Schichtdicke flächig, d. h. vor allem über die Breite erfasst werden kann.
Praxistests mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Schichtdickenerfassungsvorrichtung haben ergeben, dass es vorteilhaft ist, die Sensoren im Bereich der Außenkante der Bohle – im Falle einer Ausziehbohle im Bereich der Außenkante der Grundbohle – anzuordnen. Da sich die Dachhalterungen (Holme) des Fahrerstandes bzw. der Fahrerkabine und die Außenkanten der Bohle/Grundbohle in etwa in der gleichen senkrechten Flucht befinden, wäre der Anbringungsort der Laserdistanzsensoreinheiten ebenfalls in etwa gleich. Das heißt, die in Bewegungsrichtung des Straßenfertigers hintereinander liegenden Messpunkte der Laserdistanzsensoreinheiten wären bei der vorliegenden Erfindung ebenfalls im Bereich der Außenkanten der Bohle/Grundbohle.
Im Vergleich zum Stand der Technik, entsprechend welchem die Sensorik an der Bohle 10b angeordnet ist, bietet die Anordnung an dem Chassis des Straßenfertigers 10 die Vorteile, dass Verwindungen der Bohle 10b, insbesondere Verwindungen einer Bohle mit Verlängerungs- und Ausziehteilen (sogenannte Variobohle), die während des Einbauvorgangs im Wesentlichen beim Anfahren des Straßenfertigers auftreten, die Schichtdickenerfassung nicht beeinflussen, da die Messvorrichtung 20 und 20' weder an der Bohle 10b noch am Zugarm, welcher üblicherweise starr mit der Bohle verbunden ist, angekoppelt ist.
Wie oben bereits angedeutet, erfolgt die Anordnung der mindestens zwei Laserdistanzsensoreinheiten 20 und 20' am Chassis bzw. Aufbau 10a des Straßenfertigers 10 vorzugsweise am Dach des Fahrerstandes bzw. an der Fahrkabine. Hierbei ist die Dachhalterung (der Holm) oder ein separater Halter zu wählen, welcher beispielsweise im unteren Bereich des Fahrerstands 10a am Chassis des Straßenfertigers 10 angeordnet sind. Separate Halter sind beispielsweise dann von Vorteil, wenn der Fahrerstand des Straßenfertigers kein Dach hat und somit keine Dachhalterung/Holme vorliegen.
Die Sensoreinheiten 20, 20' können entsprechend Ausführungsbeispielen dabei entweder fest montiert sein (d. h. angeschraubt, angeschweißt etc.) oder aber auch lösbar befestigt angeordnet sein, beispielsweise über vorinstallierte Halterungen, welche am Dach 10a des Fahrerstandes bzw. der Fahrerkabine oder an den Dachhalterungen (Holmen) 10s, 10d1, 10d2 angeordnet sind. Da Messsysteme am Straßenfertiger 10 üblicherweise über Nacht (falls der Straßenfertiger an der Baustelle stehen bleibt) zur Verhinderung von Diebstahl und Vandalismus demontiert werden und morgens wieder angebaut werden, ist es vorteilhaft, wenn die Sensoreinheiten 20, 20' immer wieder an der gleichen Stelle am Straßenfertiger 10 angebracht werden. Denn dann kann gegebenenfalls auch eine erneute Kalibrierung der Sensoreinheiten 20, 20' entfallen.
Denkbar ist es jedoch auch, dass die Sensoreinheiten 20, 20' mittels Magnethaltern an den oben genannten Stellen am Straßenfertiger lösbar anbringbar sind. Dies ist vorteilhaft, da die Montage an jedem beliebigen Straßenfertiger erfolgen kann. Auch ist diese Art der Befestigung vorteilhaft für sogenannte Mietsysteme, d. h. wenn das Messsystem nur für einen vorbestimmten Zeitraum oder zur Durchführung einer bestimmten Baustelle oder eines bestimmten Bauprojektes von Bauunternehmen gemietet wird. Dann ist eine maschinenunabhängige sowie schnelle Montage und Demontage von Vorteil.
Dabei ist es entsprechend Ausführungsbeispielen jedoch auch denkbar (insbesondere bei Straßenfertiger mit Ausziehbohle), dass oben genannte Halterungen für die Lasersensoreinheiten 20, 20' variabel verstellbar sind, um so die Sensoren 20, 20' an eine geeignete Position über dem neu zu erstellenden Straßenbelag 14 zu positionieren.
Bei allen vorgenannten Montagevarianten können entsprechend Ausführungsbeispielen auch vibrationsgedämpfte Halterungen verwendet werden, um die Übertragung von Vibrationen des Straßenfertigers auf die Messvorrichtungen zu verringern bzw. zu vermeiden.
Bezug nehmend auf 2b werden optionale Elemente erläutert. 2b zeigt den Straßenfertiger 10 mit den Lasermesseinheiten 20 und 20' und optionalen Elementen. Vorneweg sei darauf hingewiesen, dass die Komponenten der Schichtdickenerfassungsvorrichtung, die in der Basiskonfiguration aus einer Lasermesseinheit (hier aus zwei Lasermesseinheiten 20 und 20') sowie einer Berechnungseinheit (nicht dargestellt) besteht, im Regelfall miteinander über Drahtverbindungen oder bevorzugt mittels Drahtlosverbindungen miteinander kommunizieren. Über eben diese Verbindungen können auch weitere Elemente in die Schichtdickenerfassungsvorrichtung integriert sein.
So kann entsprechend einem Ausführungsbeispiel beispielsweise eine Drahtloskommunikationsschnittstelle 32 vorgesehen sein. Über eine derartige Drahtloskommunikationsschnittstelle (WLAN-Schnittstelle, Bluetooth-Schnittstelle oder GSM-Schnittstelle) kann die Schichtdickenerfassungsvorrichtung mit „extern” kommunizieren. Hierbei meint „extern” beispielsweise eine Anzeigeeinheit zur Darstellung der gemessenen Schichtdicken. Diese kann sowohl am Fahrerstand als auch an den Außenständen links und rechts an der Bohle angeordnet sein. Über eine zusätzliche oder alternative Kommunikationsschnittstelle können die gemessenen Daten auch zu einem nahe gelegenen Baustellenbüro oder zu einer an der Baustelle stehenden Person (Baustellenleitung) übertragen werden und beispielsweise auf ein Tablet-PC, Smartphone, Smartwatch usw. angezeigt werden.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel wäre es auch denkbar, dass ein GNSS- bzw. GPS-Empfänger 34 bzw. allgemein eine Positionsbestimmungseinheit vorgesehen ist, um die gemessenen Schichtdickenwerte entsprechend den Positionen zuzuordnen, so dass sogenannte „georeferenzierte” Datensätze entstehen. Der zusätzliche GNSS-Empfänger 34 kann beispielsweise auf dem Dach 10a des Straßenfertigers 10 angeordnet sein.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass ein Neigungssensor 36 in die Schichtdickenerfassungsvorrichtung eingebettet ist. Zwar gehen äußere Einflüsse wie beispielsweise die genannte Nickbewegung des Straßenfertigers 10 nicht in die Berechnung der Schichtdicke Hs mit ein, es kann jedoch alternativ ein zusätzlicher Neigungssensor 36 am Chassis des Straßenfertigers 10 angeordnet sein, um insbesondere Längsneigungsänderungen des Straßenfertigers zu erfassen. Dabei ist es auch denkbar, dass ein zusätzlicher Neigungssensor am Zugarm des Straßenfertigers 10 angeordnet ist, wobei dann Änderungen der gemessenen Abstände L1 und L2 durch die Lasermesseinheit bei einer im Wesentlichen gleichbleibenden Längsneigung des Zugarms einen oben genannten äußeren Einfluss, beispielsweise die genannte Nickbewegung des Straßenfertigers 10, bedeuten würden.
Entsprechend einem weiteren zusätzlichen Ausführungsbeispiel wäre es auch denkbar, eine Lasermesseinheit 38, welche mit den oben erläuterten Lasermesseinheiten 20 und 20' vergleichbar ist, vorzusehen, die derart angeordnet ist, dass sie eine Referenzmessung auf die Referenzebene 12 durchführt. Hierbei ist beispielsweise diese Referenzlasermesseinheit bzw. Referenzmesseinheit 38 nach vorne ausgerichtet, so dass durch diese die Höhe Href abgetastet werden kann. Das hat den Sinn, um neben den „Nickbewegungen” des Straßenfertigers auch weitere Einflüsse wie Verkippungen, beispielsweise bei Überfahrten über einen aus dem LKW oder Bunker herausgefallenen Haufen Asphalt oder bei Durchfahrten durch muldenartige Vertiefungen (umgangssprachlich: Kuhlen), zu eliminieren. Dazu kann mindestens eine zusätzliche erfindungsgemäße Lasersensoreinheit im vorderen Bereich, beispielsweise ebenso am Dach oder an den vorderen Dachhalterungen (Holmen), angeordnet sein. Diese mindestens eine Lasersensoreinheit misst in Bewegungsrichtung des Straßenfertigers dann Abstände zum zu asphaltierenden Untergrund (Referenzfläche) und kann Änderungen auf dieser Fläche erfassen. Diese Änderungen können dann in die Berechnung der Schichtdicke miteinfließen, so dass an den oben genannten Stellen, an denen der Straßenfertiger „verkippt”, eine entsprechende Korrektur in der Berechnung vorgenommen werden kann. Denkbar ist es dabei auch, dass eine derartige Referenzlasermesseinheit bzw. Referenzmesseinheit 38 sich in dem gleichen Gehäuse wie bereits beschriebenen Lasermesseinheiten 20 und 20' befindet, was in vorteilhafter Weise eine gleiche Anbauhöhe der Messeinheiten 38, 20 und 20' bedeutet.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass eine dritte Lasermesseinheit 20'' parallel zu den Messeinheiten 20 und 20' angeordnet wird. Hintergrund hierzu ist:
Wird vom Straßenfertiger ein sogenanntes Dachprofil eingebaut, so kann zwischen den beiden bereits vorhandenen Lasersensoreinheiten am Dach oder an den hinteren Dachhalterungen (Holmen) eine weitere, zusätzliche Lasersensoreinheit angeordnet werden, welche dann im Wesentlichen die Mittelachse und „Dachspitze” des neu erstellten Straßenbelags erfasst. Beim Dachprofileinbau „fällt” das Profil der neu eingebauten Straße von der Mittelachse aus gesehen seitlich ab, so dass im Querschnitt gesehen der neue Straßenbelag die Form eines Daches aufweist.
Wird eine Anzeigeeinheit verwendet, so können dann die gemessenen Werte zusätzlich auch grafisch dargestellt werden (beispielsweise Darstellung der Messwerte und des Dachprofils).
Manche Straßenfertiger verfügen über eine seitlich und in beide Richtungen verschiebbare Fahrerkabine (ähnlich, wie es bei Walzen schon seit langem bekannt ist). Wird die Schichtdickenerfassungsvorrichtung an dem Dach oder an den Dachhalterungen dieser Kabine befestigt, so würde dies bei den seitlichen Verschiebungen der Kabine mitverschoben. Folglich würden sich auch die Messpunkte auf dem neu aufgebrachten Straßenbelag verschieben, was im Falle eines Dachprofileinbaus zu fehlerhaften Messergebnissen und einer fehlerhaft berechneten Schichtdicke führt. Für solche Fertigertypen kommt daher eine Dachmontage der Lasersensoreinheiten eher nicht in Frage. Hier ist es vorzuziehen, die Lasersensoreinheiten an separaten Halterungen am Chassis des Straßenfertigers (nicht an der Fahrerkabine) anzuordnen
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann die Halterung jeder Messeinheit bzw. Lasermesseinheit Mittel zum Schwenken quer zur Bewegungsrichtung des Straßenfertigers 10 umfassen. Diese Mittel sind in der Darstellung von 2b mit dem Bezugszeichen 25q versehen. Durch die Schwenkbarkeit im Bereich des Dachs des Straßenfertigers 10 kann eine Art „Scan” oder „Laserscan” durchgeführt werden.
Dieser Laser-Distanzscanner misst dann vorzugsweise über die gesamte Breite des neu aufgetragenen Straßenbelags die Abstände (beispielsweise in einem Abstand quer zur Bewegungsrichtung des Straßenfertigers von ca. 25 oder 30 cm) und berechnet daraus dann die eingebaute Schichtdicke.
Bei einem derartigen Aufbau wäre dann die Berechnungseinheit ausgebildet, ausgehend von der Vielzahl an Abstandswerten die Schichtdicke flächig zu berechnen, wobei hier eben berücksichtigt wird, wie die Messeinheiten 20 und 20' gerade geschwenkt sind.
Denkbar ist auch, dass ein derartiger und wie zuvor beschriebener Laser-Distanzscanner eine Referenzmessung auf die Referenzebene 12 durchführt, d. h. ein Laser-Distanzscanner beispielsweise zur Abtastung der Höhe Href nach vorne ausgerichtet werden kann.
Zur Erweiterung des eben genannten Ausführungsbeispiels mit dem Laser-Distanzscanner kann die Berechnungseinheit auch eine Kantenerkennung integriert haben. Hierbei kann der Laser-Distanzscanner, welcher die Oberfläche des neu aufgebrachten Straßenbelags 14 quer zur Bewegungsrichtung des Straßenfertigers abscannt, anhand von auftretenden stärkeren Distanzänderungen die Breite des neu eingebauten Straßenbelags 14 erkennen und eine Breitenmessung durchführen. Zusammen mit der berechneten und eingebauten Schichtdicke Hs kann dann eine Volumenberechnung des neu eingebauten Straßenbelags 14 durchgeführt werden.
Ebenso ist es entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen möglich, einen zusätzlichen Temperatursensor, z. B. beim Laser-Distanzscanner vorzusehen. Hintergrund hierzu ist, dass hierdurch eine Verbesserung der Kantenerkennung erreicht wird.
Dazu kann an die Lasersensoreinheit (Laser-Scanner bzw. Laser-Distanzscanner), welche die Oberfläche des neu aufgebrachten Straßenbelags quer zur Bewegungsrichtung des Straßenfertigers abscannt, ein zusätzlicher Temperatursensor angeordnet sein, der wie aus dem Stand der Technik bekannt anhand des Temperaturgefälles eine Kante des neu aufgebrachten Straßenbelags erkennen kann.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass der oben erwähnte Laser-Distanzscanner bzw. die Mittel zum Schwenken der Lasermesseinheit 20 bzw. 20' in Bewegungsrichtung scannen. Diese Mittel sind mit den Bezugszeichen 25L versehen. Hierdurch kann der neu eingebaute Straßenbelag 14 abgescannt werden und Abstände, beispielsweise mit einem Abstand von 25 oder 30 cm, vermessen werden, um daraus dann die eingebaute Schichtdicke zu berechnen. Der Scanbereich würde folglich dann nur im Bereich hinter der Bohle 10b liegen.
Durch die Kombination des Quer- und Längsscans wird eine Art 3D-Kamera geschaffen. Diese kann dann mittels einer Matrix aus Messpunkten Abstände zum neu aufgetragenen Straßenbelag messen und so ein flächiges Höhenprofil erstellen.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Messeinheit bzw. die Lasermesseinheit 20 oder 20' nicht zwingend an einem senkrechten Halter oder Holm angebracht sein muss, auch wenn Bezug auf einen beliebige Senkrechte 10s genommen wird. Anders ausgedrückt muss die Senkrechte 10s nicht in Realität existieren, sondern kann auch nur virtuell, z. B. als Lot zur Grundebene 12 bestehen. Wichtig bei der Anordnung der Messeinheit bzw. die Lasermesseinheit ist, dass die Distanzsensoren auf den aufgebrachten Belag, bzw. allgemein auf die zu vermessende Fläche zielen.
Sowohl bei dem Längsscan als auch bei dem Zweirichtungsscan (3D-Kamera) erfolgt die Berechnung des Schichtdickenprofils entsprechend oben erläutertem Konzept in der Berechnungseinheit.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2921588 A1 [0004]
EP 2535456 A1 [0006]
EP 2535457 A1 [0006]
EP 2535458 A1 [0006]
DE 10060903 A1 [0007]
DE 102009044581 A1 [0008]
DE 202009016129 U1 [0009, 0010]
DE 102014222693 [0009]
DE 202013001597 U1 [0010]

Claims

Schichtdickenerfassungsvorrichtung zum Messen einer Schichtdicke Hs einer mittels einer Baumaschine (10) aufgebrachten Schicht (14), mit folgenden Merkmalen: mindestens einer ersten Messeinheit (20, 20', 20''), wobei jede Messeinheit (20, 20', 20'') einen ersten und einen zweiten Distanzsensor (20a, 20b, 20a', 20b') umfasst, die zueinander mit einem bekannten Winkel (β) gewinkelt angeordnet sind, wobei die Messeinheit (20, 20', 20'') gewinkelt in Bezug auf eine beliebige Senkrechte (10s) der Baumaschine (10) in einer bekannten Höhe zu einer Grundebene (12), auf die die Schicht (14) aufzubringen ist, angeordnet ist, so dass der erste Distanzsensor (20a, 20b, 20a', 20b') mit einem ersten Winkel (α) gegenüber der Senkrechten (10s) auf die aufgebrachte Schicht (14) zielt und ausgebildet ist, einen ersten Abstand (L1) zu selbiger zu ermitteln, und so dass der zweite Distanzsensor (20a, 20b, 20a', 20b') mit einem zweiten Winkel (α + β) gegenüber der Senkrechten (10s) auf die aufgebrachte Schicht (14) zielt und ausgebildet ist, einen zweiten Abstand (L2) zu selbiger zu ermitteln, und einer Berechnungseinheit, die ausgebildet ist, um die Schichtdicke Hs ausgehend von der bekannten Höhe, dem bekannten Winkel (β) und dem ersten und dem zweiten Abstand (L1, L2) zu bestimmen.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Messeinheit (20, 20', 20'') eine Lasermesseinheit ist und der erste und der zweite Distanzsensor (20a, 20b, 20a', 20b') ein Laserdistanzsensor ist.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Berechnungseinheit die Schichtdicke Hs ausgehend von folgender Formel berechnet:
wobei Href die bekannte Höhe (Href) ist, L1 der erste Abstand (L1) ist, L2 der zweite Abstand (L2) ist und β der bekannte Winkel (β) ist.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schichtdickenerfassungsvorrichtung eine zweite Messeinheit (20, 20', 20'') umfasst, die parallel zu der ersten Messeinheit (20, 20', 20'') angeordnet ist, und wobei die Berechnungseinheit ausgebildet ist, von den ermittelten ersten und zweiten Abständen der ersten und zweiten Messeinheit (20, 20', 20'') die Schichtdicke flächig zu bestimmen.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Schichtdickenmessvorrichtung eine dritte Messeinheit (20, 20', 20'') aufweist, und wobei die Berechnungseinheit ausgebildet ist, um ein Höhenprofil der Schichtdicke Hs zu bestimmen.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und der zweite Distanzsensor (20a, 20b, 20a', 20b') auf Punkte der aufgebrachten Schicht (14) zielen, die mit einem Abstand beabstandet sind, der in einem Bereich von 0,25 bis 2,5 m liegt.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und der zweite Distanzsensor (20a, 20b, 20a', 20b') so auf die aufgebrachte Schicht (14) zielen, dass einer der zwei Distanzsensoren (20a, 20b, 20a', 20b') auf einen Punkt zielt, der mit einem weiteren Abstand von der Bohle beabstandet ist, der kleiner als ein Meter ist.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Fahrwerk (10f) der Baumaschine (10) auf der Grundebene (12) steht und wobei die bekannte Höhe (Href) ein bekannter senkrechter Abstand zwischen der Aufstandsebene des Fahrwerks (10f) und dem Befestigungspunkt der mindestens ersten Messeinheit (20, 20', 20'') ist.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens erste Messeinheit am Dach der Baumaschine (10), am Dachholm der Baumaschine (10), an einem senkrechten Dachholm der Baumaschine (10) mittels eines Halters, direkt an der Baumaschine (10), mittels eines variablen Halters und/oder mittels eines gedämpften Halters angeordnet ist.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und der zweite Distanzsensor (20a, 20b, 20a', 20b') ausgebildet sind, einen ersten und einen zweiten Abstand (L1, L2) zu der Grundebene (12) zu ermitteln, wenn noch keine Schicht (14) auf die Grundebene (12) aufgebracht ist, und wobei die Berechnungseinheit ausgebildet ist, um ausgehend von dem bekannten Winkel (β) und den zwei ermittelten Abständen zu der Grundebene (12) die Höhe der Messeinheit (20, 20', 20'') in Bezug auf die Grundebene (12) zu ermitteln, so dass diese bekannt ist.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Messeinheit (20, 20', 20'') eine drahtgebundene oder eine drahtlose Schnittstelle (32) aufweist mittels welcher die Messeinheit (20, 20', 20'') mit der Berechnungseinheit verbunden ist und/oder mittels welcher die ermittelte Schichtdicke Hs nach extern übertragen oder mittels eines externen Displays angezeigt werden kann.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schichtdickenerfassungsvorrichtung einen Neigungssensor (36) umfasst, der ausgebildet ist, eine Längsneigung zu erfassen, und wobei die Berechnungseinheit ausgebildet ist, ausgehend von der erfassten Längsneigung ein Nicken der Baumaschine (10) zu kompensieren und/oder vorübergehend die Berechnung der Schichtdicke Hs auszusetzen und/oder zu interpolieren.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schichtdickenerfassungsvorrichtung eine weitere Messeinheit (38) aufweist, deren Distanzsensoren (20a, 20b, 20a', 20b') auf die Referenzebene ausgerichtet sind, und wobei die Berechnungseinheit ausgebildet ist, die Höhe der mindestens ersten Messeinheit (20, 20', 20'') zu bestimmen und/oder um Störeinflüsse durch Veränderung der Basisebene zu berücksichtigen.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schichtdickenerfassungsvorrichtung Mittel zum Schwenken (25q, 25l) der mindestens ersten Messeinheit (20, 20', 20'') aufweist, wobei die Berechnungseinheit ausgebildet ist, ausgehend von einer Vielzahl von ersten und zweiten Abständen ein Höhenprofil in Querrichtung der Schichtdicke Hs zu berechnen.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei die Berechnungseinheit ausgebildet ist, Kanten der aufgebrachten Schicht (14) zu erkennen und/oder um ausgehend von den erkannten Kanten eine Breite der Schicht (14) zu bestimmen.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schichtdickenerfassungsvorrichtung Mittel zum Schwenken (25q, 25l) der mindestens ersten Messeinheit (20, 20', 20'') in Längsrichtung aufweist, wobei die Berechnungseinheit ausgebildet ist, von der Vielzahl der ersten und zweiten Abstände ein Höhenprofil in Fahrtrichtung für die Schichtdicke Hs zu bestimmen.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schichtdickenerfassungsvorrichtung einen Positionsbestimmungssensor aufweist, und wobei die Berechnungseinheit ausgebildet ist, zu jeder bestimmten Schichtdicke Hs eine Position zuzuordnen.
Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schichtdickenerfassungsvorrichtung einen Temperatursensor aufweist und/oder die Berechnungseinheit ausgebildet ist, ausgehend von weiteren Messwerten der ersten und zweiten Distanzsensoren (20a, 20b, 20a', 20b') eine Temperatur der aufgebrachten Schicht (14) zu berechnen.
Straßenfertiger mit einer Schichtdickenerfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18.
Verfahren zur Messung einer Schichtdicke Hs einer mittels einer Baumaschine (10) aufgebrachten Schicht (14) unter Zuhilfenahme von mindestens einer ersten Messeinheit (20, 20', 20''), wobei jede Messeinheit (20, 20', 20'') einen ersten und einen zweiten Distanzsensor (20a, 20b, 20a', 20b') umfasst, die mit einem bekannten Winkel (β) zueinander gewinkelt angeordnet sind, und wobei die Messeinheit (20, 20', 20'') gewinkelt in Bezug auf eine beliebige Senkrechte (10s) der Baumaschine (10) in einer bekannten Höhe zu der Grundebene (12), auf die die Schicht (14) aufzubringen ist, angeordnet ist, so dass die erste Messeinheit (20, 20', 20'') mit einem ersten Winkel (α) über der Senkrechten (10s) auf die aufgebrachte Schicht (14) zielt und die zweite Messeinheit (20, 20', 20'') mit einem zweiten Winkel (α + β) gegenüber der Senkrechten (10s) auf die aufgebrachte Schicht (14) zielt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Zielen mittels des ersten Distanzsensors (20a, 20b, 20a', 20b') auf die aufgebrachte Schicht (14) und Ermitteln eines ersten Abstands (L1) zu selbiger; Zielen mittels des zweiten Distanzsensors (20a, 20b, 20a', 20b') auf die aufgebrachte Schicht (14) und Ermitteln eines zweiten Abstands (L2) zu selbiger; und Bestimmen der Schichtdicke Hs ausgehend von der bekannten Höhe, dem bekannten Winkel (β) und den zwei ermittelten Abständen.
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 20, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.