DE1806450C - Anordnung zur gesteuerten Führung einer Arbeitsmaschine mit Hilfe von Laserstrahlen - Google Patents

Description

Die \orlicgende Erfindung belrillt eine Anordnung zur gesteuerten Rilmmg einer Arbeitsmaschine lanev einer Geraden mit 1 IiIIe eines \on einem ksl aiil'gesteüicn Laser cizcugten Leitstrahls, der auf eine fest mit der Arbeitsmaschine \erluiudeue Lmptang··.-einrichtting gerichtet ist.

.\ii;' (irund der besonderen Ligeiischaften der Laserstrahlung hinsichtlich hoher I'arallelität und großer Leuchtdichte gewinnt die Anwendung von Laser-Strahlen für optische Justier- und Leitstrahlverfahien mehr und mehr an Bedeutung.

Im einfachsten l-all geht man dabei \on einem fest aufgestellten Laser aus. dessen sichtbare Strahlung auf einen ;im zu fiiliiiMidcn Objekt aii^ebrachteu Schirm mil einem Fadenkreuz füllt, wobei die Ab-".vcic" 11 uιm des l.ichlflecks aus dem Mittelpunkt ties Fadenkreuzes visuell kontrolliert wird, um ilemenispicchend das Objekt zu steuern. I'm ehe Steuerung \on genau auszurichtenden Arbeitsmaschinen. ^ic 6« beispielsweise Gleisbaumaschine!! und Timnel-Voiiriebsschilde automatisieren zu können, ist auch bereiis bekaun! !'('uorilen. an die zu steueiiulen Maschinen l-otoempLinger anzubringen, tlie automatisch die Lage der Maschine relativ zum Leitstrahl festste!- 'dl und 'in Steuerung des Antriebs verwenden.

Diese Anordnungen haben jedoch den Nachteil, daij die uebundelte Laserstrahlung besondere \ or siclusmaünahmcn hinsichtlich des Bedienungspersonals notwendig macht, wobei in vielen Fallen trotzdem die Gefahr nicht völlig ausgeschlossen werden, kann, daß durch Unachtsamkeit Verletzungen, insbesondere Aueenverletzungen entstehen können, [is ist deshalb auch bereits vorgeschlagen word *n. den Laserstrahl in einer Ebene aufzufächern, so daß bereits in einiuer Lntfernune vom Laser selbst, die Strahlung weil unterhalb einer gesundheitsgeführdenden Schwelle liegt. Lm aufgefächerter Leitstrahl ist jedoch nur für eine Führuiiü einer bestimmten LNene. iedoch nicht für eine Steuerung längs einer Geraden geeignet.

Bei Lmnchtungcii. die /ur Steuerung einer Arbeitsmaschine längs einer Geraden dienen. 1s¹. die Fühlung bislang stets mittels eines gebündelten l.chstrahls vorgenommen worden, wobei die Lage dieses l.eitsirahls der uewünsch'en FülKungsIinie entsprich:. Bei einer derartigen Sieueranordnung bereitet es Schwierigkeiten, bei einer Abweiehune aus der So! lage die Richtung der rotwendigen Rückführbewegung exakt aus den Signalen der Lm piangse in richtung /11 entnehmen (man vgl. hieizii utvva die l'SA.-P.itenisehrift 5 482 il)3). Darüber hinaus ist es bei einem plötzlichen stärkeren Versetzen der Arbeitsmaschine — was insbesondere bei F.n.lbewegungsmasehinen leicht auftreten kann -- nic'ni mehr'möglich, eine korrigierende Ruckführbewegung einzuleiten, da der Leitstrahl dann die Fmpianeseinrichtung überhaupt nicht mehr trifft. I'm dies zu verhindern nuil.Ue man ein sehr großes Lmpfangsfeld rasterförmig mit !■otoelementen überdecken, was nicht nur ilen Aufbau versteuern sondern auch die nachgeschaltete Flektronik verkomplizieren würde.

Die Frfindimg hat sich lialie. die Aufgabe gestellt, eine Anordnung zur gesteuerten Führung einer Arbeitsmaschine längs einei Geraden mit Hilfe von I aserstrahien zu schallen, welche in einfachster Weise i.'iiic genaue Steuerung ermöglich!.

/ur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art gemäß der LrImdung vorgeschlagen. dal.i im Strahlengang des Lasers em Sirahlteiler vorgesehen ist. der zwei parallel zueinander verlaufende 1 eilstrahlungsbündel erzeugt, in deren Strahlengang AulTächerungseinrichtiingen so angeordnet sind, daß die beiden Teilstrahlungsbündel (Strahliingskreuz) in senkrecht zueinander liegenden [Ebener, in an sich bekannter Weise aufgefächert weiden und daß die Fmpf.mgseiinichtung längs der Balken dieses Strahlungskreuzes angeordnete Sätze von jeweils mindestens zwei Fotoempiangern enthält, wobei jedem Salz, wenigstens ein Differenzverstärkei zugeordnet ist.

Die vorliegende Frfindung gi'iit von der Frkenntnis aus, daß die l'inipfangsciuriclilungcn für Anordnungen zur gesteuerten Führung einer Arbeitsmaschine längs einer Geraden einfacher und wirkungsvoller aufgebaut werden können, wenn man die erfindungsgemäße Kreuzauffächerung an Stelle eines gebündelten Strahles verwendet. Line derartige Anordnung ermöglicht beispielsweise eine exakte und durch Versetzungen der Arbeitsmaschine nicht unterbrechbare l'eilstrahlfühiung bereits mit Fmpfangsanordnungen, die lediglich vier in Kreuzforni angeordnete Fotoelemente aufweisen. Als F'otoeleiiKiite können beliebige Foloempfindliche Anordnungen vv ic Foto/eilen, l'otowiderstände u.dgl. verwendet werden

Zur Dämpfung von in die Fmpiaiigsunordnung einfallendem Streulicht ist es dabei \on Vorteil, wenn die Fotozellen durch auf die Laserstrahlung abnes'iimmie Interferenz-Filter bereits weitgehend gegen die äußere Streustrahlung (z.B. Scheinwerferla^ipen oder intenshes Sonnenlicht) abgeschirmt sind, da ansonsten da- Srhrotrauschen des FVitugleichs'rrms so verstärkt wird, daß es die Grenze der Lmplindlich-Ivj'l bilden kann, und somit die Reichweite beeinti ->chiigen kann.

/;ir /\uffächeru[ig des \om läse: erzeugten .Strahlenbündels kann in Weiterbildunü der F-.rfind;mg eine im Strahlengang angeordnete Zylinderlinse dienen, doch kann stau dessen auch ein um eine .VJr.J senkrecht zur Steuerebene drehbarer Drehspiegel oder eine andere geeignete AufSikheruvMvorr:chu:ng vorgesehen sein, im !et/teren I a!! is! /war tue- ί ascrstrahlung nicht mehr kontinuierlich in eint¹ I beue aufgefächert, doch spiel; dies .oian-ie kerne Rolle als die Drehgeschwindigkeit und damit di: Ablenkirequen/ des Laserstrahls genügend hoch ist. Uv'. ιίι ι Verwendung eines Drelv-piegels zur Aiif!'ächcnxig des Laserstrahls kann - bei genügend großer Ahieiikfrequen/ — von einer etwaigen Modulation tier Laserstrahlung zur Dämpfung des Sire'.nic'.i'e abgesehen werden.

An Hand ties in den Figuren schematise!) dargestellten Ausfiihrungsbeispiels soll die i rtin-liing nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläuiert werden.

In Fig. 1 ist schematisch eine Seitenansicht einer e: i'ndungsgemäl.len Anordnung dargc-!c!it. wo¹-ei die ;_:samte Arbeitsmaschine, die beispielsweise ein Lirainage-I'flug sein kann, weggelassen wurde:¹. i>;. Auf einem Gestell 1 ist über ei:iei Nivellier-Vorriehluiig2 cn Laser3 aufgestellt, dessen Strahlung über ein zwo' Z\ linderlinsen enthaltendes Teleskop 4 in eine horizontale Lbene 20 und eine vertikale 1.HeHe 21 aufgefächert wird, wobei die Schnittgeiade des durch die beiden Lbcnen gebildeten Sirahlenkretizes 15 die Führungsgerade bildet, längs der die .\rbeitsmascKne zu steuern ist. Selbstverständlich br;uchen dabei die beiden Lbenen nicht im rechten Winkel zueinander zu steller, und kann die Schnittgerade des Strahlenkreuzes auch eine geneigte f ührungsgerade sein. An der Arbeitsmaschine, also beispielsweise am Ffässchuh eines Drainage-Pflugs. ist eine mil I otoelementen bestückte Lmpfangsvorrichtung angeordnet, welche im einfachsten, in den F i g. I und 1 dargestellten Fall lediglich aus zwei Paaren übereinander bzw. nebeneinander angeordneter Fotozellen 22. 23 bzw. IA, 25 besteht. Da di-. beiden I.aserliehebenen in Wirklichkeit senkrecht zu ihrer Aufflichtrung nicht so scharf begrenzt sind wie es in der Figur dargestellt ist, werden die Fotozellen bereits dann angeregt, wenn die Lbenen nicht voll auf eine der Foto zellen aufircffen, so daß die Anordnung bereits hei kleinsten Vertikal- und Iloriz.onlalabwcichungeii tier Arbeitsmaschine anspricht. Lediglich dann, wenn die .Schnittgerade der Fbenen in der Mitte zwischen den lotozellenpaaren 22, 23 und 24. 25 liegt, ist das Ausgangssignal der Differenz-Verstärker 6 und exakt Null. Hei einer vertikalen bzw. horizontalen Verschiebung der Arbeitsmaschine und damit der die Fotozellenpaare Ii, 23 und 24, 25 enthaltenden Fmpfangsvorrichtung wird eine der beiden Fotozellen des jeweils ansprechenden Fotoempfängcrpaaics stärker beleuchtet als tlie andere, so da 1.1 am Ausgang des jeweils nacheeordiicten Differenterslärkers em mehr oder weniger uroßes positives oder negatives Signal auftritt. Die Ansprech-1 mpfindlichkeit kann durch tlie Aufspreizung tier Lbenen senkrecht zu ill-.er Ausdehnung sowie durch den Abstand tier beide:! Fotozellen eines FVtoempfängerpaarcs eingestell; werden. Die Anordnung spricht auch dann noch an. wenn durch eine plötzliche Abweichung, der Arbeitsmaschine VOP. ihrer Führungsgeraden eine Lbeiic ίο über eine der !-.eitlen Foto/eilen ihres zugehörigen Paares hinaus: utsuit. sofern nur noch wenigstens ein Teil der Strahlung auf tlie-e Zelle trifft. In !"allen, in tlenen derart sprunghafte Verschiebungen aus .ic; keferen/ebeni· hau;''.!.¹, wirkommen können, kann evorteilhaft se',η oberhalb und unterhalb des Fotoz.e! le; .'..ires 22. 23 ir.ul links und rechts des Folozcllenpj.ires 24. 25 'ir-äi/liche 1 oiozellen vorzusehen, d.e einzeln über \ erstärkei ode, über weitere i )iiie'v:i/ ■.erstärker als Warr ■ oder Abschaltsicherungen iv-JO schaltet sind, um entweder eine Warnlampe /ur An /eine zu hnngen oder aber die Arbeiisri'.uschinc siiiizi'legen. tia bei derartig starken \'erschicbuiigen vielfach zunächst iMi Naehjusiieren oder Neueinsle-üep. der Arbeitsiiuiscüine erforderlich ist. Im allgemeinen werden jedi'Ji ζ wc' f-otozeilenpaare und zwei Differenz¹, erstä/ker lür eine Fiihupg der Arbeitsmaschine längs einer Geraden ausreichen, wobei es giii'-nu ist. die Fotozellen jeweils senkrecht zur zugehörigen Lbene !anglich auszubilden, so daß sie auch bei grölieren Höhen- oder Seit-MV erschienungen noch ansprechen können, nie Auscänge 10, 11 der Diffe- !enz.versiä.rker lici'cm Steuersignale, welche — gegebenenfalls nach entsprechender Umformung — zur Betätigung der Höhen- und Seitenverstellung der Maschine herangezogen werden.

F i g. 2 zeigt cmc Obenaufsicht auf die Anordnung nach lie. 1. wobei beispielsweise bei geneigtem Gelände die Sc'miittgernde ties Strahlenkreuzes durch Verstellen des Lasers 3 mit Hilfe der Justiervorriehiimg2 eiuiusiiert werden kann.

In I ig..' ist sehematisch ..ine rückwärtige Ansicht einer Fmpfangsvorrichtung für eine erfindungsgemäße Vorriehniti!: dargestellt. Der Laserstrahl ist in die ,'wei Teilslrahlung.-ibiindel 20. 21 zerlegt, tue in senkrecht zueinander stehenden Richtungen zu Lbenen aufgefächert werden, so daß eine Art Strahlkreuz 15 einstellt, dementsprechend vier Fotozellen 22. 23 ui'.d 24. 25 in K.reuzlorm an der Lmpfaiigsvorrichi.-ing tier Arbeitsmaschine angeordnet sind. Ls sei 5« darauf hingewiesen, daß bei einer derartigen Führung der Arbeitsmaschine längs i'er Schnittgeraden dieser 1 benen die Verwendung von Differenzverstärker!! für ein sinnvolles Arbeiten unumgänglich ist. da ansonsten bei dem in tier schemalischen Zeichnung "ij der Fig. 3 tiargestellten Ausführungsbeispiel ■■- bei dem die Arbeitsmaschine /.war die richtige I Kihe h;il. aber seitlieh gegen die Sollrichtung nach rechts versetzt ist --- die für die seitliche Rückführung zuständigen Foto/eilen 24 und 25 nicht sinnvoll arbeiten 5» können, da diese ja durch die Direktsirahlung des w aagei echten Sm ahlfächers belastet sind.

Dieses :>f'berslrah!en der Fotoelemente infolge tier beiden senkrecht aufeinanderstellenden Slrahlfächer läßt sich dadurch vermindern, daß man die Fotozellcn nicht in Kreuzform, sondern längs tier Schenkel eines rechten Winkels anordnet, wobei jedoch trotzdem tlie Verwendung von Differenzverstärker" nicht zu Hingehen ist.

Fine quantitative Ausschaltung dieser »Clberslralilungscffektc« läßt sich dadurch erreichen, daß man die beiden das Strahlungskrcu/ bildende Teilslrahlungsbündcl extern mit verschiedenen Frequenzen moduliert, wobei der die Foto/eilen 24 und 25 vergleichende Differenzverstärker auf die eine Frequenz abgestimmt und der die llorizontalsteuer/ellen 22 und 23 vergleichende Differenzverstärker auf die andere Frequenz abgestimmt ist. Auch in diesem Fall isl es selbstverständlich wiederum möglich, zusätzliche Folo/ellen in größerem Abstand außen 'inzubringen, von denen die vertikal angeordneten und die horizontal angeordneten jeweils wiederum an einer eigenen Differenzverstärker angesclilossen sind, um die lediglich dazu dienen, bei einer plötzlichen star kercn Verschiebung der Arbeitsmaschine in vertika lcr oder horizontaler Richtung ein Warnsignal bz.w ein Abschaltglicd zu betätigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Ai Cu ic m Patentansprüche:

1. Anordnung zur gesteuerten Führung einer bensmaschinc liiiiii?» einer Geraden mil HiMc K¹V on einem fest aufgestellten Laser cr/eugn Leiisttahls. der auf cine fest mil der Arbeitsaschine verbundene Fnipfanaseinrichtung geliie! ist. d a d u r c Ii g e k c n η ζ. c i c Ii nc'.. o im Strahlengang dos Lasers ein Strahltciier rgesehen isi. uei zwei paraiiel zueinander ve:- i!'cndc TeilstraliUingsbüiulel uv^agt. in deren .:!i!c:'.gang Ar'fäche: ungseinriclitungen so λ·λ- ^ev>.vinci sind, daß die beiden Teilstrahlungsbi.ni.'... ι vr.ihluimskreuz 15) in senkrecht /ucinaiidcr !κ·^.·:ΐίί^:ι Fbvnen in an --ich bekannter \Ve;.;e ..:^'i..J^:c;i λ .Tuen und .laß die Lmpfangsein- : -Jr.'.::-!-.'. l.mgs der Balken d.esc- Slr.dihmgskrcu-.·> angeordnete Sätze \on jeweils mindestens ".um ! otocmplangern (16. 17. 18. 19) emliäk. ■' obc: jedem Sa!/ v%enigsicis ein Diifcren/ve:- •-ia: ker /iiiieordnci iVi.

.". Anordnung nach. Anspruch i, dadurch. ges. :;n:.V!i_hnc:. ύ ΊΊ /ur Auffäeiierung des vom Lam.." !.Vi eiveuutsn und modulierten Slriiii liiiitr^¹"·⁷-": η >.L'st5) eine im Slialilengant: angeordnete /v iinderlüi'-c dien'.

^;. Aluminium n;'.eh Anspruch I. dadurch gekennzeichnet. JaB im Strahlengang de; Lascr-Aiisuangsstrahlunu ein um --ine Achse senkrecht zur .Steucrcbene drehbarer Drehspiegel vorgcsehen isi.

4. Anordmini: nai'h einem tlci ,Ansprüche I bi^."¹-. dadurch gekennzeichnet, dal.! die l-oüicmpl'aiiiicr dinch auf die I .a^ei'sirahluni; abgesiimmte !nierfcjcii/füter wcitceliend gegen äußere Streusiraliluiii: al-iieschiimi sind.

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