DE1906780A1

DE1906780A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Steuern bewegter Arbeitsmaschinen

Info

Publication number: DE1906780A1
Application number: DE19691906780
Authority: DE
Inventors: Coski William D; William Ledray
Original assignee: LAWRENCE Manufacturing CO
Current assignee: LAWRENCE Manufacturing CO
Priority date: 1968-02-19
Filing date: 1969-02-11
Publication date: 1969-09-18
Also published as: US3498673A; FR2002148A1; GB1231147A; CH491251A; SE347783B

Description

Vorrichtung und Verfahren sum Steuern bewegter Arbeitsmaschinen

Die Erfindung betrifft eine LeitVorrichtung sum Steuern •iner eioh gleieloe auf einer vorbestimmten Bahn bewegenden Arbeitsmaschine· a.B. einer Tunnelbohraaaahine od» dgl. und «in Verfahren stift Betreiben dieeer Le it vorrichtung«

Sa sind aahlreiohe Arten τοη Vorrichtungen aur Führung von Arbaittaaaohinen der auvor erwähnten Gattung bekannt. Oieae Vorrichtungen weisen Jedoch Nachteil· insofern auf« ala als entweder keine kontinuierliche Kontrolle der Bewegungsrichtung der Maaohine ersiBgliahen und bsw.. oder nicht in der Lage sind, Abweichungen von der vorbestimmten Bahn au korrigieren! die sich z.B. aus der Rollbewegung des Bohrkopfes der Kaaohine ergeben und bzw. oder vom Maschinisten daa Ablesen einer Vielaahl von Instrumenten

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voraussetzen und daait die Bedienung der Arbeitsaasohine in unerwünschter Weise koalisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe sugrunde_a die vorerwMhn-· ten Nachteile su beseitigen und dabei eine Leitvorrichtung sowie «in Verfahren für dae Betreiben derselben au aahaffen. duroh welche die Steuerung το« Arbeit ssrnsohineu der in Betracht koasKtidcn Art eo erleichtert uad : verbeeeert wird, daO kontinuierlich eine genaue St9oe ** rung der Arbeitaaaeohine gewMhrleietet iet* ' ' ί

Zur Löeung der geetelltea Aufgabe wird geaäfi der S»fie-

dung vorgeschlagen! einen elektro«agnetieeh% gerichtete ^:

Wellen enittierenden Signalgeber und einen 8ignal-* ,

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enpfanger vorsueehen, swieohen welchen ein Signaire- i

flektor angeordnet ist, von denen wenigstens eines der *i "f Qerftte ortsfest ist und ein «weites sieh an der sieh ^ : bewegenden ArbeitsMseohine befindet. Dabei kann de» ·..· · \ Signalreflektor auf baw. an der Maschine befestigt seint es kann auch der Signaleepfänger, beaogeo auf die Be- * wegungsrichtung der Arbeitsassohine, hinter des Signal- ■■ reflektor auf der Kasohine oder auoh der Signalgeber un«· abhangig von der Bewegung der Arbeitsaaeobine und besogen auf die Bewegungsrichtung hinter deal Signalreflektor ortsfest angeordnet sein.

Bei eines bevorsugten Ausführungsbeispiel ist der Signa1-eapfanger Mit der Arbeitaawaohiae Mittels eines tm eine * Achse schwenkbaren Trägers verbunden· wobei die Aohse auf eines) Radius usi die Lftngsaohse der Arbeites»seaiae angeordnet iet, der gleich de« Badiue dea reflektierte«

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L«itstrahl8 um die Mittellinie dee vom Signalgeber emittierten Leitatrahls beim Auftreffen auf den Signal·» etapfanger ist.

On den Signa letup fänger beim Bestimmen der Bewegungebahn der Arbeitemaschine einstellen zu kanneη, ist vorgesehen* daß dem Signaleapfänger eine Einstellvorrichtung zugeordnet ist.

Ale vorteilhaft hat eich ale Leitstrahl ein Laserstrahl erwiesen* weshalb der Signalgeber beim bevorzugten Auaführungsbeispiel ale Laserprojektor ausgebildet ist, der einen Laserstrahl über den Reflektor zum Empfänger sendet» wo er als Reflektionspunkt auf einem Bildschirm sichtbar dargestellt wird.

Um eine einfache und übereichtliehe Kontrolle über die Bewegung der Arbeitsmaschine zu erhalten/ ist In weiterer Ausgestaltung der Erfindung dem Signalempfänger eine Anzeigevorrichtung für das Einsteuern des Reflektionspunk«· tee zugeordnet.

Das Verfahren zum kontinuierlichen Steuern einer Arbeitsmaschine mit den vorbeschriebenen Merkmalen auf einer vorbestimmten Bahn ist derart gestaltet, daß ein längs der vorbestimmten Bahn emittierter Leitstrahl Über einen Reflektor auf einen Signalempfänger gerichtet und dort gemessen' wird und entsprechend den Abweichungen von einem vorbestimmten !Soll-Vert für die Steuerung der Arbeitsmaschine in der Velee ausgewertet wird, daß die Abweichungen von dieser Bahn von einem Anzeigegerät abgelesen

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werden und eine Korrektur der Abweichungen dnreh Raeh· steuerung vorgenommen wird.

In den Figuren 1 bie k der Zeichnungen ist der· Gegenstand der Erfindung anhand eines besondere bevorsugten Ausftthrungsbeiepiele in Anwendung bei einer Tonnelbohr~ Maschine sohematisch dargestellt. Ee «eigent

Fig. 1 einen Längsschnitt duroh eine von einer Mit der

Leitvorrichtung gemäß der Erfindung ausgerüsteten Tunne!bohrmaschine gebohrten Tunneiröhre in sohenatisoher Darstellung}

Fig. 2 eine soheMatisobe Darstellung der EinseleleMente

der Leitvorrichtung und ihre Anordnung sueinanderi

Fig. 3 eine Ansicht der Einstellvorrichtung für den 8ign*leispfänger Mit de« ihM zugeordneten Öignalreflektor und

Fig. k einen Querschnitt duroh die in Fig· 1 dargestellte Tunnelröhre entlang der Linie 4—**«

Yie aus Fig. 1 zu ersehen ist, arbeitet eine Tunnel-Bohrmaschine 10 an sieh herkömmlicher Konstruktion nur Herstellung der Tunnelröhre 12, indem sie diese in Aohsriobtung verlängert. Die Installation der Leitvorrichtung* wie sie an der Tunnel-Bohrmaschine 10 angewendet wird» ist sohematisoh dargestellt. Die Wände dee Tunnels 12 sind mit tk bezeichnet. ' -

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Di« dargestellt· Tunnel-Bohraaschine 10 weist ein nicht näher dargestelltes Gestell 16 auf* das den Bohrkopf trägt, der im wesentlichen aus einer relativ großen« drehbaren Seheibe Id besteht, an weicher eine Anzahl von auf seiner Frontseite in Abständen angeordneten Fräsern 20 sitzen. Das nicht mitumlaufende Führungsrohr 22 erstreckt sich vom Zentrum des Bohrkopf es aus in eine Führungsbohrung £4, die in Bewegungsrichtung der Maschin· 10 vor der Tunnelröhre 12 oder Hauptbohrung gebildet wird· Die Zentrierbohreinriohtung, die sich in axialerj Sichtung durch das Führungsrohr 22 hinduroh erstreokt,.besteht aus der Bohrwelle 26 und dem Zentrierbohrkopf 28. Diese Zentrierbohreinriohtung 26,28 ist in axialer Richtung, relativ zum Führungsrohr 22 verschiebbar. Die beiden Bohrvorrichtungen 18,20 und 26,28 werden von getrenntenj nicht dargestellten Antriebsiaotoren, vorzugsweise hydraulischer Art od.dgl. angetrieben· Die Tunnelbohrmasohin« 10 wird von einer beweglichen Energieversorgungsaniage 30 versorgt, die mittels der Bedienungs· hebel 32 geregelt wird.

Die Tunnel-Bohrmaschine 10 wird mittels einer Steuervorrichtung gesteuert, die wie folgt ausgebildet ist. Das hintere Ende des Führungsrohrs 22-ist an Kolben 50,52 befestigt, die ihrerseits in Zylindern 54,56 in vertikaler Richtung verstellbar sind. Die Verstellung erfolgt hydraulisch durch entsprechende Beaufschlagung der Zylinder. Das Gestell 16 selbst wird von seiner unteren Seite her durch Stempel 34,36 abgestützt, die an den Wänden 14 der Tunnelrühre 12 anliegen; die Ausrichtung erfolgt, wie in Fig. 4 dargestellt, duroh zwei sich in gegenläufiger

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Richtung verlängernde bsw. -verklingende Teleskopsteapel 38,40, die sich an den «ich gegenüberliegenden vertikale« Wandteilen der TunnelrShre 12 abstützen. Vie dargestellt, besteht jeder Teleskopsteapei 38,40 «ixe einest Kolben 42» der in eines Zylinder 44 beweglich gelagert let und der an seines äußeren Ende eine griffig« StUtsplatte 46 trBgt. Hydraulisches Arbeitsmittel wird naoh Bedarf in die lylinder 44 geleitet bew. an« diesen abgelassen, tut dl« Kolben 42 naoh außen bsw. innen «u bewegen und uo die Stütsplatten 46 in Berührung ait den Wunden 14 au bringen, oder von diesen abzuheben. Dadurch kann das Gestell und folglich die Tunnel-Bohraaeohine 1O, sowohl in hori» sontaler Richtung dureh Verstellung der Kolben 42 als auch in Vertikaler Richtung duroh Verstellung der Kolben 50,52 hydraulisch gesteuert und auoh periodisch in axialer Riohtung versetst und wieder eingerichtet werden. Während des Steuervorganga ist das Führungsrohr 22 in der Führungebobrung 24 i« Punkte 48 reran- _; kert und ISOt sich ua diesen Verankerungspunkt 48 eohwenken. . -

Die dargestellte und installierte Leiteinrichtung der Tunnelbohrmasohine 10 besteht lsi wesentliehen aus des) Laserprojektor 58, de· spiegelartigen Reflektor 6O, der fest an der Maschine 10 angeordnet und desi Ihspfänger 62, der ebenfalle an der Maschine 10 befestigt 1st. Der Projektor 58 und der Reflektor 60 werden folglich ■it der Maschine 10 bewegt. Der Laserprojektor 58 ist fest an einen Wandten des Tunnels 12 hinter de« Reflektor 60 und de« Bsjpf&nger 62 Montiert und so angeordnet, dafi sein Laserstrahl vorwärts und direkt auf den

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60 erlebtet let, wobei durch letzteren eine Reflektion d·· Laserstrahls erfolgt» Der Empfänger 62 1st la einem vorgegebenen Abstand zum Reflektor 60 hinter diese« an der Maschine 10 befestigt und außerhalb das vom Projektor 58 emittierten Laserstrahls angeordnet. Br ist Jedooh so angeordnet, daß er direkt den reflektierten Laserstrahl vom Reflektor 60 empfängt« der auf eine« Bildschirm einen Reflektionspunkt markiert. Der BiIdsohirm des Empfängers 62 ist, wie in Fig. 3 gezeigt« mit Meßwertlinien versehen« die der Ermittlung der geometrischen Lage des Reflektionspunktes dienen. Diese Meßwertlinien bestehen aus um einen Mittelpunkt 6k verlaufenden konzentrischen Markierungslinien 66 und X- und X-Achsenlinien eines Koordinatensystems.

Der Empfänger 62 ist am freien Ende eines gekröpften Trägers 68 fest montiert, der an seinem anderen Ende schwenkbar an der Maschine 10 gelagert 1st. Der Träger 68 ist gegen unbeabsichtigte Bewegungen um die Schwenkachse 70 mittels einer Haltesohraübe 72 gesichert„ Während des Betriebs der Maschine 10 befinden sich der Reflektor 60 und der Empfänger 62 normalerweise in feeton Positionen zueinander, wie die Zeichnung zeigt. Die Schwenkachse 70 liegt auf der dem Reflektor 60 und dem Empfänger 62 abgekehrten Seite der Maschlnenaohse C, und zwar auf einem Radius R^ um die Achse C. der gleich dem Radius R₂ des reflektierten Leltstrahls um die Mittellinie des vom Signalgeber 58 emittierten Leitstrahls beim Auftreffen auf den Empfänger ist.

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Während d#e Betriebs ά·τ Maschin· 10 soll d*r S#fl«k*lom·- punkt In Zentrim 64 der Markierungen auf de« Bildschirm verbleiben· dann weicht die Maeohine 10 bei ihrer Vor» wärtsbewegung «»der in itorissontaler noch in vertikaler Richtung von ihrer vorbestimmten ge rad Linigen Bahn a.b.

Während des Betriebe der Maschine 10 «it der sswror beschriebenen Leiteinrichtung ist der Laserprojektor 58 la einer Position ort β feist angebracht, ans der beraue er seinen Leitstrahl gegen den Reflektor 60 entlang einer Bahn richtet, die der -vorgesehenen Bahn entspricht, länge derer die Haschine 10 bohren soll. Solange die Maschine 10 nicht von ihrer vorgegebenen Bahn abweicht, wird der Reflektor 60 demzufolge den Leitstrahl auf das Zentrun 6k des Bapfängers 62 projieierea· Vena die Mt« schine 10 jedoch horieontei und/oder vertikal ana dieser Bahn abweicht· wird der Reflektlonspuaki auf de« empfänger 62 entsprechend aaewandern. M· Abweiehua* des Ref lektlonspunktes vom Narkierungs-Sentrta/in Abhüngigkelt Irgendeiner beliebigen Abweichung der Μ»· eohine to wird bestlaast durch das VerhÄltnis de· Abatandes A (swiaehen de« Verankerungspunkt Ί8 und dea Reflektor 6θ) au de« Abstand B (swisohen de« Vearaakerungapunkt 48 und de« B«pfanger 62). Dieses Verhält nie ist bei verschiedenen Maschinen veränderlieh· Baa Verhältnis· welohe· die genaueate Kontrolle erlaubt« sollte jeweils angewendet werden·

Durch die Beobachtung des «uvor erwähnten Auewaoderae des Rsflektionspuuktes vo« Zentru« 6k der Markierungen

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auf *de« Bildaofcirat de« Empfangen» kann der Maschinist der Maechlne 10 die Maschine durch bedarfswel.ee Zuführung hydraulischen Arbeitsmittels in die Zylinder kh und/oder 5^,56 steuern, u» ein Verstellen der Kolben und/oder 50»52· in der ¥eis© sa bewirken« daß die Ha* cehiae horisontal tmd/eder vert-iteäi, in die ©r forder liehe Riohtua^ vereeisst wan mn@eerieMet wird» ua den Refiektionspunkfe wieder in das Z^atru® 6k der gen sorfloksafütirea«

tung ear eux Beispiel einer TwRaeH-BGfersn©®©&£**« artäat«rt worden ist, u» ei« «ffitlaisg ®isi«^ vorfeeefisisiteii Baha au steuern» wb« tMnuell oder ®.uäh autß^sfeisofe erfolgen kenn» so soll die Anvendtmg des·· Eründu^a; te.&Uwtif&llu &ut erwähnt«

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Claims

-to«

Patentanspruch«* e

1. Leiteinrichtung für eine stiel», bestirnten Bahn bewegende sondere eine Tuonel«Boftr«&s»hlß net duiöh einen emittierenden «mpflüager (62)« (60)

der Geräte (58»60,6a) en υ
net ist»

wt,®

2. Le£$v@rt?&«sniang naeb,

net» dall der |

bewegenden Teil der Avte£H«sBC@f»£e3·

3. Iteitverraehtftgtg ααβ& r*·*, daß de
Benegottgerioitttiag de« sieb axial o· (10)

i«ft.

3»

h. lAtit-wovrlohtvam omeh mitwm d«r 4aspffllelt» 1 tfnreii ftummam*Xohm*t, daO der S£gnftl.g«b»r von der Bewegern^ der Arbeitcauisohlfte fio) tusfi«

auf die Beweganearietitua^, der , hinter de« Signa Ire flekt or (60) ortsfest ordnet ist.

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5« Laitirorriebteng nach «Ια»« der Anspruch· 1 ble k, da durch gekannseiohnet, da£ der Slgnaienpf anger (6Z) «it der Arbeltaaaaohlne (to) mittel« aloe« um «in· Ach·· (70) »ohirenkbaren Tr&gera (68) verbunden ist» wob·! di· Aeh·· (70) mat ·1α«η Radin« (R^) vem dl· · lAae«aob·· der Arbeitemsobia· (10) angeordnet 1st, d«r gl«ioh dta Radius (R^) de* reflektierten Leit» •trahl« ob dl« Mittellinie dee to« Signalgeber •Mittiarten Leitetrahls bei« Auftreffen auf den Sl*n«ie«pfaaeer (62) ist.

6· LaltVornelitufig nach Anaprudi 5· daduron gekenn-■•ioluiet, daB de« Signalempfänger (62) eine Ein-•t«ll<rorriohtuns (72) eugeordnet let.

7. Leitvorriohtune na eh eioeei oder ewhr«ren der An-

•prttoh· 1 ble 6· dadurch gekennaelohnet, daß dar Signalgeber «la Laeerprojektor (58) ist.

8. L«itvorriohtung nach eineai oder «ehr«ren der An-•prttehe 1 bla 7« dadurch g«kennseiohnet, daB de« 81gnal«apfftnger (62) eine Aneeigev-orriohtang für dae Binateuern dea auf eine« Blldaohim darge-•tellteut TM Laeerstrahl erseugten RefLelctionspunktea sageordnet let.

T«rfahr«n »vm kontinuierlichen Steuern einer Arbeit·· ■aeobine nach dan Aneprttchen 1 bla 8 auf einer vorbe· atiaoBtan Bahn« dadaroh gekennzeichnet, daB aln lange dar vorb«Bti««ten Bahn verlauf ander Leitstrahl über

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etnen Reflektor auf einen Empfänger gerichtet· dort gemessen wird und entsprechend den Abweichungen von einem vorbestimmten Soll-Wert für die Steuerung der Ärbeitsnaechine in der Weise ausgewertet wird» daß
die Abweichungen von dieser Bahn von einem Anzeigegerät abgelesen werden und eine Korrektur der Abweichung durch Naohsteuerung vorgenommen wird.

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