DE1459720A1 - Verfahren und Einrichtung zum Steuern eines Strassendeckenfertigers - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zum Steuern eines Straßendeckenfertigers Es ist bekannt, einen Straßendeckenfertiger in Abhängigkeit von dessen seitlichen und/oder Höhenabweichungen gegenüber einer Leitschiene zu steuern, die längs der zu bauenden Strasse verlegt ist und nach Höhe und Seite einen definierten Abstand zu der zu erzeugenden Strassendeckenlage besitzt.
• Bei den bekannten Ausführungen wird die Leitschiene mechanisch abgetastet, was den Nachteil hat, daß Erschütterungen als Fehler in die Steuerung eingehen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch vermieden, daß die Leitschiene von dem Fertiger aus berührungslos optisch abgetastet wird und die von ihr reflektierten Abtaststrahlen bei Abweichungen des Fertigers von seiner richtigen Seiten-oder Höhenlage zur Schiene diesen Abweichungen proportionale Signale erzeugen, welche zur Rückführung des Fertigers in die richtige Seiten- und/oder Höhenlage zur Schiene verwendet werden. Zur Durch führung dieses Verfahrens trägt der Fertiger ein Projektionssystem zur Erzeugung eines Richtbildes auf der reflektierenden Schiene sowie zwei dieses Bild urter Winkeln betrachtende optische Empfänger, von denen der eine Höhenabweichungen, der andere Seitenabweichungen des Bildes gezenüber der Leitschiene in elektronische Signale den umsetzt; diese Signale werden auf die den Fertiger zur Schiene orientierenden Steuermotoren übertragen. Vorzugsweise weisen der Empfänger für Höhenabweichungen zwei in Richtung der Schiene nebeneinanderliegende lichtelektrische Zellen, der Empfänger für Seitenabweichungen zwei senkrecht zur Schienenrichtung hintereinanderlieAende lichtelektrische Zellen auf$ so daß bei Abweichungen jeweils eine Zelle dieser Zellenpaare entsprechend der Größe der Abweichungen mehr Licht erhält, als die andere; die Differenz der sufgenommenen Lichtenergie erzeugt den Steuerimpuls für die Korrektur der Abweichung. Die Kompensation der Signale jeweils zusammengehörender Zellen erfolgt zweckmässig über jeder Zelle nachgeordnete Verst@rker, wobei an jedem Verstärker ein Gleichrichten angeschlossen ist und die beiden Gleichrichter eines Verstärkerpaares so gepolt sind, daß ein positives und ein negatives Ausgangssignal entstehen. Zwischen dem Kompensationspunkt und einem weiteren nachgeschalteten Verstärker ist ein elektronischer Integrator geschaltet. Die Figuren erläutern die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel. Es stellen dar: Fig. 1 die am Fertiger angeordnete optische Steuereinrichtung im Aufriß, teilweise geschnitten, Fig. 1a die Blende zur Erzeugung des Richtbildes auf dem reflektierenden Streifen der Leitschiene, Fig. 2 den Grundriß zu Figo 1, Fig. 3. die Schaltung für die elektronische Übertragung der Impulse auf den Steuermotor der Maschine.
• Die Zeitschiene le besteht aus einem Profilmaterial, 1e1-ches an der Oberfläche eben ist und eine geringe optische Reflexionsfähigkeit aufweist. In der Mitte der Schiene ist eine Leitlinie mit erhöhter Reflexionsfähigkeit angebracht, z.B. ein weisser Strich. Der Fertiger trägt in einem Steuerkopf ein Projektionssystem P und je einem optischen Empfangssystem E1, E2 für Höhe und Seite. Das Projektionssystem besteht in bekannter Weise aus einer Lampe L, einer Kondensorlinse K, welche die Lampenwendel in der Öffnung der Projektionsoptik P abbildet. Zur Erhöhung der Energieausbeute kann hinter der Lampe ein Hohlspiegel H angeordnet sein. Unmittelbar hinter der Kondensorlinse ist das zu projizierende Abbild, ein Kreuz A, in Formeiner Blende angebracht. Nach dieser Blende ist eine rotierende Lochscheibe Lo angeordnet, in welcher eine bestimmte Anzahl von Löchern kreisförmig so angeordnet sind, daß bei Drehung der Scheibe diese löcher periodisch die Kreuzblende frei geben und wieder verdecken. 'Durch diese Maßnahme wird das Licht des Projektors periodisch unterbrochen und damit gekennzeichnet. Die Lichtwechselfrequenz ist durch die Drehzahl der Scheibe und die Anzahl der löcher bestimmte Dieses Projektionssystem ist senkrecht über der Zeitschiene le angebracht und entwirft intermittierend auf dieser eine Abbildung der Kreuzblende in einer bestimmten von der Wahl

  der Optik abhängigen Größen Diese Abbildungsgrösse ist so

  gewählt, daß der gut reflektierende Mittelstrich auf der

  Zeitschiene etwa, doppelt so breit ist wie ein Balken des

  Projektionsbildes, .

  Dieses Projektionsbild wird von zwei optischen System Ei

  und E2 unter einem bestimmten Winkel betrachtet. Dieser

  Winkel ist einerseits notwendig,um Glanzreflexionen der

  Oberfläche auszuschliessen, andererseits, um das Anspre-

  chen des Empfangssystems B1 zu ermöglichen, Wird zoBQ un-

  ter einem Winkel von 300 betrachtet, so entsteht in der

  Schärfenebene Sch des Empfangsteils B eine Abbildung des

  Lichtkreuzes A, In der Schräfenebene des Bmpfangsteiles B:@

  liegen nun zwei lichtelektrische Zellen Zl, Z2 nebeneinan-

  der in Richtung der Leitlinie %e, In der Sehärfenebäne des

  Empfangsteiles B2 liegen zwei Zellen Z3, Z4 hintereinander,

  doh. quer zur Leitlinie-. Bei richtiger Höhenlage der Tro-

  jektionseinrichtung-über der Zeitschiene sind die auf die Zel-

  len Z11 Z2 treffenden Lichtanteile gleich groß.

  Bei einer Entfernungsänderung der Leitschiene in Projek-

  tionsrichtung, was einer Höhenverschiebung des Fertigers ent=

  spricht, wandert das Bild des Kreuzes auf den beiden Zeilen

  Z1 und Z2 des Höhenempfängers, Durch diese Bildverschiebung

  erhalten die beiden Zellen verschieden hohe Lichtenergieanteile. Eine Höhenabweichung wird dadurch in elektrische Signale umgeformt. Durch nachfolgende Verstärkung und Auswertung dieser Signale wird 'der Steuermechanismus zum Heben und Senken der Fertigerbohle gespeist. Ein ähnlicher Vorgang erfolgt bei der Seitensteuerung. Das helle Bild des Mittelstreifens der Leitschiene wird auf die beiden Zellen Z 3, Z 4 des Seitenempfängers E2 abgebildet, so daß diese gleiche Lichtenergie erhalten. Wandert der Fertiger seitlich aus, so verschiebt sich das Bild des Mittelstreifens auf den Zellen und die elektrischen Ausgangssignale werden ungleich und damit zur Steuerung verwendet. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Abbildung des Projektionslichtes als Kreuz. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß bei Abweichungen in einer Richtung, die jweils andere nicht beeinflusst wird. Die Verwendung einer Lochscheibe zur Unterbrechung des Lichts ist vorteilhaft, um Fremdlicht, welches auf die Leitschiene fällt, aus der Steuerung auszuschliessen. Dies geschieht in an sich bekannter Weise dadurch, daß das Signal der .lichtelektrischen Zellen so verstärkt wird, daß nur das Signal, welches der Lichtfrequenz des Projektors entspricht, am Verstärkerausgang steht, während andere Anteile von Liehtsignalen eliminiert werden. Dies ist in bekannter Weise durch Abstimmung des Verstärkers auf die Lichtwechselfrequenz möglich. Die Kompensation der Signale erfolgt zweckmässig erst nach jeder Zelle zugeordneten Verstärkern. Dabei wird an jeden Verstärker ein Spitzengleichrichter angeschlossen und die beiden Gleichrichter eines Verstärkerpaares werden jeweils so gepolt, daß ein positives und ein negatives Ausgangssignal entsteht. Die beiden Gleichspannungen sind nun sehr leicht gegeneinander zu kompensieren und frei von Phasen -und Kurvenformfehlern. Die am Mittelpunkt der Kompensationsschaltung auftretende Spannung ist in einen genügend weiten Bereich proportional zur Lageabweichung. Durch weitere Verstärkung dieses Signales kann die Regelung erfolgen. Dabei ist aber noch zu berücksichtigen, daß durch unvermeidliehe Maschinenerschütterungen Signale auftreten können, welche Lagefehler vortäuschen würden. Diese Fehler müssen eliminier werden, um Regelschwingungen zu vermeiden. Die Eliminierung geschieht ohne Einbusse von Regelgenauigkeit durch'einen elektronischen Integrator, welcher zwischen Kompensationspunkt und Leistungsverstärker geschaltet ist. Durch Umschaltung der Integrationszeitkonstanten dieses Teiles kann eine optimale Anpassung der Regelung an die Maschine erfolgen. Durch die kontinuierlich erfolgende In- . tegration tritt auch kein Genauigkeitsverlust für die Regelung auf. .. Die Ausgabe des Stellsignales kann erfolgen, indem ein der Abweichung proportionales Signal in Form einer plus-Minusspannung in ein geeignetes Stellglied eingespeist wird. Das bei der Steuerung angewendete elektronische Verfahren ist im Blockschaltbild der Fig.3 dargestellt. Es handelt sich um ein Kompensationssystem, dessen gleiche Teile mit gleichen Nummern und ' bezeichnet sind. Im Schaltbild ist nur ein Regelkreis z.B. "Höhe" dargestellt, der Regelkreis "Seiten ist völlig gleichartig aufgebaut. Der einfallende Lichtstrom 1, bzw. 1', trifft auf die Fotozellen 2 (Z1) bzw. 2' (Z2) und erzeugt hier eine der Größe des Lichtstromes proportionale Spannung, welche in einem Belastungswiderstand 3 bzw. 3' einen Strom hervorruft. Der Lichtstrom setzt sich zusammen aus dem vom Projektor erzeugten Wechsellichtanteil und dem Lichtanteil der durch das Tageslicht auf der Leitschiene vorhanden ist. Durch entsprechende Wahl der Größe des Bela^ftungswiderstandes 3 bzw.3' kann erreicht werden, daß trotz eines hohen Tagesliohtanteiles die Proportionalität der Fotozellen gewährleistet ist. Dureh einen Koppelkondensator 4 bzw. 4' ist ein Verstärker 5 bzw. 5' mit der Zelle verbunden. Der Kondensator hält Gleichspannungsanteile zurück und lässt nur den Wechselspannungsanteil, hervorgerufen vom Wechsellichtanteil, an den Eingang des Verstäeers 5 bws. 5' gelangen. Durch diese Maßnahme wird die Anordnung völlig unempfindlich gegen Fremdlichteinflüsse.
• Die Verstärker 5 bzw.5' weisen eine gleiche, konstante Verstärkung auf, so daß an deren Ausgängen bei gleichen Lichtströmen gleich große Wechselspannungen zur Verfügung stehen. Diese Wechselspannungen werden nun so gleichgerichtet, daß sie gegeneinander kompensiert werden können. Über einen Ladekondensator 6 bzw. 6' erzeugt der Gleichrichter 7 eine positive Gleichspannung, während der Gleichrichter 7' über 6' eine negative Gleichspannung erzeugt. Über Widerstände 8 und 8t werden die beiden Gleichspannungen gegeneinander kompensiert. Wenn beide Verstärkerausgangsspannungen gleich groß Bind, entsteht an der Verbindungsstelle 8 und 8' keine Spannung. Ändert sich aber der Lichteinfall an den Fotozellen, wird eine Ausgangsspannung größer, die andere kleiner und am Kompensationspunkt entsteht eine Gleichspannung, deren Polarität der Abweichungsrichtung entspricht und deren Größe ein Maß fUr die Grösse der Abweichung ist. Ein zweiter Gleichrichterkreis 10 bzw. 10' mit den Kondensatoren 9 und 9' wird genau so@ betrieben, nur mit entgegen gesetzter Polarität. Dadurch entsteht am Verbindungspunkt der Kompensationswiderstände 11 und 11' eine Spannung, welche gleichgroß, wie die Spannung am Kompensationspunkt der Widerstände 8 und 8' ist, aber entgegengesetzt gepolt ist. Ein Integrationsteil 14 ist über Dioden 12 und 13 mit den beiden Kompensationspunkten verbunden. Dadurch erhält der Integrator z.B. nur positive Ströme angeboten, während die negativen durch die Dioden abgeklammert werden. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß für beide Richtungen nur ein Integrator benötigt wird, was ausser preislichen Gründen den technischen Vorteil hat, daß die-Integrationszeiten für beide Richtungen genau gleich werden und so eine gleiche Regelgeschwindigkeit des Systems in beiden Richtungen zwangsläufig erreicht wird. Der Integrator integriert die Fehlersignale über die Zeit auf und wenn die Integrationssumme einen bestimmten Wert erreicht hat, wird das Zeitglied 15 in Tätigkeit gesetzt. Dieses Zeitglied ist .einstellbar und lässt ein Relais 16 anziehen und nach einer gewählten Zeit wieder abfallen. Gleichzeitig wird der

  ..Integrator wieder ll,ges11t. Der Integrator.wandelt

  also das Fehlersignal in eine umgekehrt proportionale Zeit um, so daß bei kleinen F@hlern lange Zeiten, bei grossen Fehlern kurze feiten entstehen.
• An dem Kompensationspunkt von 11 und 11' ist ausserdem, ein richtungsempfindlicher Verstärker 17 angeschlossen. Dieser Verstärker unterscheidet, ob an diesem Kompensationspunkt eine positive oder negative Spannung entsteht, und erregt bei einer Polarität ein Relais 18, während dieses bei der, anderen Polarität abgefallen ist.
• Das Relais 16 und das Relais 18 steuern über die ihnen zugeordneten Kontakte 19 und 20 Relais 21 und 22. Das Relais 18 steuert über den Umschaltekontakt 20 die Richtung auf das jeweils benötigte Relais, während über den Kontakt 19 der eigentliche Steuerimpuls des Relais 16 zeitlich gesteuert wird. . Die Relais 21 und 22 wirken in der Gesamtregelung direkt auf. den Steuermotor an der Maschine.

Claims (2)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Stuern eines Straßendeckenfertigers in Abhängigkeit von dessen seitlichen und/oder Höhenabweichungen gegenüber einer Leitschiene, die längs der zu bauenden Straße verlegt ist und nach Höhe und Seite einen definierten Abstand zu der zu erzeugenden Straßendeckenlage besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschiene von den Fertiger aus berührungslos optisch abgetastet wird und die von ihr reflektierten Abtaststrahlen bei Abweichungen des Fertigers von seiner richtigen Seiten- und/oder Höhenlage zur Schiene diesen Abweichungen proportionale Signale erzeugen, welche zur Rückführung des Fertigers in die richtige Seiten- und/ oder Höhenlage zur Schiene verwendet werden.
2. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An-1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fertiger ein Projektionssystem (L, K, P) zur Erzeugung eines Richtbildes (A) auf der reflektierenden Leitschiene (Le) und zwei dieses Bild unter Winkeln betrachtende optische Empfänger (E1, E2) trägt, von denen der eine (B1) Höhenabweiohungen, der andere (E2) Seitenabweichungen des Bildes gegenüber der Leitechiene in elektrische Impulse umsetzt, und dass Mittel zur Übertragung dieser Impulse auf den den Fertiger zur Schiene orientierenden Steuer- motax vorgesehen sind. 30 Minrichtung nneh anepruch 2, dadurch gekernzeichnet, dass der En.rfnger (E1) für Höhenabweichun"en zwei in T;ir!htun der Schiene nebeneinRnd erli egend h licht- el.P'rtrisehe Zoll-en (Z#, ?der .;l'mpfäng erpfänger ft@r Se-i.ten- abweichungen z?.*?i.. senlF'rpr'ht !-lr Schi.enenri.ch.tunz hi.ntnr- einanderl iegende li ehtele'.rtrische Zellen (Z7, Z.) auf- weist, so dass hei. Abwe-s chungen jeweils eine Ze@.le dieser Zellenpaar. e ertsnrechend der Grö Ase der @hwei chl.in- mehr Zieht erhalt R.1 ^ die andere und die Differenz der aufge- nommenen Miehtennrgie den 9teuerimrnils fizr die T@o.r.reiYtur der Abweichung erzeugt, rinrichtixng nach Anspruch 2 und 3, dedurch mekenn- zPi_enno+, dass dn.s 7u -projizierende Bild die Form eines Kreuzes hat, dessen 'RRlkenbreite etwa halb so gross ist wie die Breite des reflektierenden Streifens der Schiene. 5. Einrichtung nach ."nsprilah, 2 - 4, dadurch gekor.rzeichnet, dass hinter der das Bild erzeugenden Blende eine rotie- rende Lochscheibe nnm@ordnt ist, welche d-.^ Mcht des- Projektors periodisch unterbricht, 6. Einrichtiinnaeh,jAnspruch 2 - 5? dadurch -ekennzcichnet, . dass die Kompensation der Sigele, jeweils zusammengehören-. I der Zellen durch jeder Zelle. nachgeordnete Verstärker f erfolgt, tvrobA-i. an jeden Verstärker -in Spitzer- mle:iehr-irb±-r anmeschlossen ict l.ir.d die beiden G?_ezeh- ri_chter Verst:rkerraar(-s so -;enol t s-i_nd, dass eir. roqj ti veg Bind p-in nr#»ma.ti ves ent- steheno rinrichttinz n.pc?^. 1n'@'@ri1C@'? 2 - h, iiadii-Ch mr@lzn't'tn..r3Ai ('@"LI1°@i, dass zt,r;. geh an dem _Trnnp eh_9cg-.t--_Onsplinkt und ei nem wed teren @rerstärl@Ar ei r nl_@1r-trnnj_coh@@ @r_ter@t@r (geschaltet