-
Vorrichtung zum Vermessen des Verlaufs eines vorgegebenen
-
Weges-, insbe-sondere für den Untertagebergbau.
-
Die-Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen des Verlaufs
eines vorgegebenen Weges, insbesondere für den Untertagebergbau. - Als Weg wird
insbesondere auch das Profil einer diesen Weg begrenzenden Fläche verstanden, insbesondere
der Stoß eines untertägigen Strebs, aus dem Kohle hereinge--wonnen wird.
-
Im Untertagebergbau wird Kohle mit einer Gewinnungsmaschine hereingewonnen,
die auf einem Strebförderer hin und her verfahrbar ist, der eine Mehrzahl von Fördererabschnitten
oder druckartigen Abschnitten aufweist, die sich längs des Stoßes erstrecken, wobei
eine Mehrzahl von selbstvorrü-ckenden Ausbaugestellen längs des Panzerförderers
auf der dem Kohlenstoß abgewandten Seite angeordnet ist, die mit doppeltwirkenden
Hydraulikzylindern an den Förderer ange--schlossen sind. Wenn die Kohle hereingewonnen
ist, wird die gesamte Einrichtung im Kohlenflöz in Richtung auf die verbliebene
Kohle -vorgerückt,und das Hangende über dem abgebauten Bereich des Kohlenflözes
hinter den Ausbaugestellen kann hereinbrechen. Das Vorrücken des Förderers erfolgt
wellen- bzw. schlangenförmig, indem nach jedem Durchgang der
Gewinnungsmaschine
die Fördererabschnitte mit den doppeltwirkenden Hydraulikzylindern bis zu dem gerade
freigelegten-Kohlenstoß vorgerückt werden. Nachdem die Fördererabschnitte vorgerückt
worden sind, werden die Ausbaugestelle nacheinander entlastet und mit den flydraulikzylindern
an den Förderer herangezogen sowie wieder unter das Hangende gesetzt.
-
Bei normaler Betriebsweise ist es wünschenswert, daß der Kohlenstoß
im wesentlichen gerade verläuft, weil bogenförmige Konturen die Belastungen und
die Abnutzung der Gewinnungseinrichtung vergrößern, die deshalb häufiger ausfällt.
Derartige Ausfälle sind kostspielig, weil dabei auch die Produktion ausfällt. hinzukommt,
daß, weil das Hangende hinter den Ausbaugestellen dazu neigt, längs gerader Linien
hereinzubrechen, ein kurvenförmiger Verlauf des Stoßes dazu führen kann, daß das
Hangende vorzeitig und vor einem gewünschten Bereich hereinbricht, wodurch im Ergebnis
eine Unterbrechung des normalen Betriebes eintritt und eine manuelle Abstützung
erforderlich wird.
-
Außerdem ist es wünschenswert, daß die Abbaurichtung des Kohlenstoßes
im Kohleflöz gleichmäßig bleibt - die Richtung sollte üblicherweise normal zum Kohlenstoß
sein -, weil sonst der Förderer dazu neigt, sich in seiner Gesamtheit zu einem Ende
des Strebs hin zu bewegen. Eine solche Bewegung des Förderers erfordert zeitraubende
Arbeiten zum Transport von Fördererabschnitten von einem Ende des Strebs zum anderen.
Die Bewegung des Förderers ist ein ernsthaftes Problem in einfallenden Flözen, weil
dort die Bewegung durch die Schwerkraft unterstützt wird. Hinzukommt, daß in einem
einfallenden Flöz der Stoß häufig bewußt unter einem Winkel zu einer im wesentlichen
zum Flöz orthogonalen Linie angeschnitten wird, um das Einfallen
und
die daraus resultierende Bewegung des Förderers zu reduzieren.
-
Die Einhaltung einer bestimmten Richtung beim Abbau des Kohlenstoßes
stellt auch sicher, daß die gesamte Streblänge zwischen parallelen Endstrecken sich
nicht wesentlich verändert, so daß keine Veränderung der Anzahl der Förderersektionen
oder Ausbaugestelle notwendig ist.
-
Bei dieser Art Gewinnungseinrichtung ist es üblich, daß eine Bedienungsperson
den Förderer gegen den gerade freigelegten Kohlenstoß rückt und versucht, den Kohlenstoß
gerade und die Abbaurichtung des Kohlenstoßes im wesentlichen konstant zu halten.
Weil es jedoch schwierig ist, die relative Position von Fördererabschnitten zu bestimmen,
die sich über die gesamte Fördererlänge bzw. ein Streb von in typischer Weise etwa
200 m erstrecken, muß die Bedienungsperson entweder abschätzen, ob ein bestimmter
Fördererabschnitt genügend vorgerückt ist oder ob der Fördererabschnitt weiter in
Richtung auf den Kohlenstoß vorgerückt werden muß. Die Ausbaugestelle werden dann
dem Förderer nachgezogen. Wenn nun Kohlenstücke oder andere Unregelentweder mäßigkeiten
verhindern, darein Fördererabschnitt vollständig an den Kohlenstoß herangerückt
wird, oder ein Ausbaugestell vollständig nachgezogen wird, dann erhält der Kohlenstoß
beim jeweiligen oder den folgenden Durchgängen der Gewinnungsmaschine einen kurvenförmigen
Verlauf.
-
Es ist bekannt, Laser zum Messen der Abbaurichtung eines Kohlenstoßes
zu verwenden. Außerdem ist es bekannt, Laser zu verwenden, um eine gerade Linie
zu erzeugen, längs der Tunnelvortriebsmaschinen steuern können.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Vermessen anzugeben,
die im Untertagebergbau verwendet werden kann, wo der Kohlenstoß ein solches Profil
aufweist, daß keine Sichtlinie von einem zum anderen Ende besteht.
-
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen
Gattung gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine Reihe von im wesentlichen längs
des Weges angeordneten optischen Strahlungsquellen und einem am bzw. längs des Weges
verfahrbaren Empfänger, der auf das von den Strahlungsquellen abgegebene Licht zur
Bestimmung der relativen Winkelpositionen der Strahlungsquellen anspricht, durch
eine Steuerschaltung zur periodischen Bestimmung der Winkelpositionen einer vorbestimmten
Mindestgruppe von Strahlungsquellen in solchen zeitlichen Abständen, daß mit Rücksicht
auf die Geschwindigkeit des beweglichen Empfängers jeweils mehrere Winkelbestimmungen
an jeder Gruppe von in den Empfangsbereich des Empfängers kommenden Strahlungsquellen
durchführbar sind, und durch einen Prozessor zur Korrelation der verschiedenen Winkelmessungen
zu jeweils gleichen Strahlungsquellen sowie zur Verarbeitung der gewonnenen Daten
zu einer den Verlauf des Weges wiedergebenden Information.
-
Der Begriff "optisch" wird im Rahmen der Erfindung für jede Art von
sichtbarer oder unsichtbarer Strahlung verwendet, die optische Eigenschaften aufweist
und die z.B. infrarotes und ultraviolettes Licht umfassen kann.
-
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Einrichtung zur Anzeige der
vom beweglichen Empfänger längs des vorbestimmten Weges zurückgelegten Entfernung
auf, wobei die Entfernungsanzeige als ein Parameter zur Bestimmung des Weges im
Prozessor dient. Die Strahlungsquellen können Sekundärquellen sein, die aus
Reflektoren
bestehen, wobei eine Primärquelle neben dem Empfänger angebracht ist. Die Reflektoren
sind vorzugsweise Rückstrahler.
-
Die primäre Strahlungsquelle kann eine Strahlbreite aufweisen, die
ausreicht, eine Mindestgruppe von (sekundären) Strahlungsquellen zu bestrahlen.
-
Der Empfänger kann ein Feld von photoelektrischen Elementen aufweisen,
die gesondert und entsprechend dem Winkel des einfallenden Lichtstrahls relativ
zur optischen Achse des Empfängers ansprechen. In diesem Fall kann das Feld ein
lineares Feld sein, das der Position der Strahlungsquellen zugeordnet ist, die in
einer auch das Feld enthaltenden Ebene angeordnet sind. Das lineare Feld kann aus
Photodioden bestehen, die an die Stufen eines Schieberegisters gekoppelt sind, um
eine serielle Abfrage und ein serielles Auslesen der von der einfallenden Strahlung
erzeugten Information ermöglichen, wobei der relative Abstand der Ladungsspeicher
im Feld der Photodioden einen Ausgang liefert, der von den Winkeln der jeweils einfallenden
Strahlen abhängt.
-
Im Falle einer primären Strahlungsquelle kann diese einen im wesentlichen
gerichteten Strahl aufweisen und so ausgelegt sein, daß sie einen breiten Schwenk
ausführt, um die Reflektoren zu überstreichen, während der Empfänger eine Schaltung
aufweist, um die Signale, die von mehreren Strahlungsquellen (Reflektoren) empfangen
werden, zu verarbeiten.
-
Die primäre Strahlungsquelle kann ein Laser sein, und der Empfänger
kann ein Lokalisiertes photoelektrisches Element mit einem weiten Empfangswinkel
sein, wobei die Schaltung auf den zeitlichen Abstand zwischen aufeinanderfolgenden
Strahlungseingängen anspricht und einen Ausgang liefert, der von den Einfallswinkeln
der jeweiligen Stra.hlen abhängt.
-
Wenn Die Vorrichtung zur Vermessung des Profils eines Kohlenstoßes
eingesetzt werden soll, kann der bewegliche Empfänger auf einer Gewinnungsmaschine
angebracht werden, wobei der Kohlenstoß parallel zum vorbestimmten Weg ist,und die
Strahlungsquellen können in ähnlichen Positionen an den Ausbaugestelle angeordnet
werden.
-
Ein Rückstrahler kann dann an einem Ende des Kohlenstoßes in der Empfängerachse
angeordnet werden, um dem Empfänger während der Fahrt ein üii:'CtC daß für den Vortriebsfehler
zu liefern.
-
Im folgenden werden zwei in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispieie
der Erfindung erläutert; es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Schnitt
durch ein Streb mit einem Kohlenstoß, dessen Profil in übertriebener Form dargestellt
ist, Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Ende des Strebs mit einer Gewinnungsmaschine
und einer Vorrichtung zum Vermessen während des Betriebes, Fig. 3 schematisch und
in perspektivischer Darstellung ein Streb mit darin angeordneten Ausbaugestellen,
Figuren 4a, 4b eine Draufsicht bzw. eine Stirnansicht eines Moduls mit optischer
Quelle und Empfänger, Fig. 5 ein Blockdiagramm eines Prozessors für die Vorrichtung,
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Teil einer Gewinnungseinrichtung mit einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung, Fig. 7 ein Blockschaltbild mit einer Signalquelle,
einem Detektor und einem Prozessor für die Ausführungsform nach Fig 6
In
Fig. 1 ist ein Kohlenstoß 1 dargestellt, der sich quer zu einem Kohlenflöz 6 in
typischer Weise über ein-ige hundert Meter erstreckt. Der Kohlenstoß ist über zwei
Strecken 2 und 3 zugänglich, die als Hauptstrecke bzw. Nebenstrecke dienen.
-
Über diese Strecken können Personal und Ausrüstung zu und vom Kohlenstoß
transportiert und hereingewonnene Kohle weggefördert werden.
-
Wenn das Kohlenflöz sich horizontal von einer zur anderen Seite erstreckt,
ist die gewünschte Abbaurichtung parallel zu den Strecken 2 bzw. 3. Ein ideales
Profil für den Kohlenstoß erstreckt sich deshalb normal zu dieser Richtung und parallel
zu den in Fig. 1 gezeichneten Linien 4 und 5. Im allgemeinen genügt es, wenn das
Profil des Kohlenstoßes als Ganzes zwischen den parallelen Linien 4, 5 liegt, die
etwa einen Meter auseinander sind bei einer Länge des Kohlenstoßes von z.B. 300
m.
-
In Fig. 2 ist eine Gewinnungsmaschine 10 dargestellt, die sich längs
des Kohlenstoßes mit einer Schrämwalze 11 hin und her bewegt, wobei während der
Fahrten Kohle bis zu einer Tiefe von etwa 60 cm im Kohlenstoß abgebaut wird. Die
Gewinnungsmaschine wird elektrisch angetrieben und läuft auf Schienenabschnitten
eines Förderers, der aus einer Mehrzahl von Sektionen besteht, die in wellen- oder
schlangenförmiger Weise, wie oben erläutert, in Richtung auf den Kohlenstoß vorgerückt
werden können. Die allgemeine Ausrichtung des Förderers folgt jedoch dem Profil
des Kohlenstoßes.
-
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind Rückstrahler 12, von denen einige
auch in Fig. 2 dargestellt sind, an vertikalen Abschnitten, nämlich Stützensvon
von Ausbaugestellen 17 in festen Intervallen angeordnet, z.B. an jedem fünften Ausbaugestell.
-
Fig. 3 zeigt auch andere mögliche Positionen für die Reflektoren an
horizontalen Armen oder Kappen 18 sowie an weiteren schrägen Abschnitten der Ausbaugestelle,
aber diese Positionen können zu Schwierigkeiten und zu einem Verlust an Genauigkeit
führen. Auf jeden Fall werden aber die Rückstrahler an jeweils identischen Positionen
ausgewählter Ausbaugestelle angebracht. Eine Einrichtung 16 mit optischer Quelle
und Detektor, die mit den Rückstrahlern zusammenwirkt, ist auf der Maschine angeordnet.
Die Einrichtung 16 ist auch in Fig.
-
4a, 4b dargestellt und wird im folgenden beschrieben.
-
Der Abstand der Rückstrahler wird durch eine Anzahl von Faktoren bestimmt.
Ein einziger Datensatz bei der Messung erfordert den gleichzeitigen oder im wesentlichen
gleichzeitigen Empfang von verschiedenen Reflektoren. Je größer das Abstands verhältnis
zwischen dem nächsten und dem weitesten Reflektor ist, desto genauer sind die Ergebnisse.
Das muß jedoch mit anderen Faktoren abgestimmt werden. Je länger der Strahlungsweg
ist, desto größer wird die Wahrscheinlichkeit für Hindernisse durch Veränderungen
im Streb, durch Staub in der Luft u.dgl. Hinzukommt, daß bei einer größeren Reichweite
des optischen Systems auch die Leistung der optischen Quelle größer sein muß. Sicherheitsbestimmungen
erfordern aber eine strenge Begrenzung der verwendbaren Spannungen, so daß die erforderliche
Leistung der Einrichtung im allgemeinen die größere Rolle spielt.
-
Unter Berücksichtigung der obengenannten Faktoren hat sich herausgestellt,
daß ein Reflektorabstand von ca. 5 m ausreicht, wobei ein maximaler Reflektorbereich
von ca. 20 m vorhanden ist, der schließlich eine Weglänge für die optische Strahlung
von etwa 40 m ergibt.
-
Die Reflektoren selbst sind Prismen des Typs mit einer Würfelkante
(single-corner cube type prism), bei denen interne Reflektionen an außen verspiegelten
Flächen auftreten. Es wird im folgenden erläutert, daß die optische Strahlungsquelle
und der Detektor nebeneinander angeordnet sind und nicht miteinander zusammenfallen,
so daß der Scheitelbereich des Prismas, der kaum einen Strahl direkt zur Strahlenquelle
zurückwirft, nicht benutzt wird. Das Prisma kann deswegen im Scheitelbereich abgeflacht
werden, um seine Abmessungen zu verringern.
-
Die Größe des Prismas wird durch die Größe des Detektorfensters und
durch den Abstand zwischen den Mittelpunkten der Linsensysteme für Strahlungsquelle
und Detektor bestimmt. Es läßt sich nachweisen, daß der reflektierte Lichtfleck
unter Vernachlässigung der Unschärfe unabhängig vom Abstand zweimal so groß ist
wie der Reflektor.
-
Der reflektierte Lichtfleck muß das Detektorfenster zwischen Mittelpunkt
und Umfang des Fleckes passieren, so daß der Reflektor eine zum Detektorfenster
vergleichbare Größe besitzen muß, das, wie noch erläutert wird, tatsächlich die
Objektivlinse des optischen Empfängersystems ist.
-
Es gibt vershiedene andere Reflektoren, die möglicherdie weise verwendet
werden können,/ jedoch ganz allgemein bemerkenswert weniger günstig sind als ein
prismatischer Reflektor der beschriebenen Art (single-corner cube prism).
-
Das günstigste ist möglicherweise ein Feld aus kubischen Ecken, das
den Vorteil einer verringerten Tiefe hat, jedoch einen Lichtfleck wiedergibt, der
nur zweimal der Größe eines Eckenelementes entspricht, das in der Tat wie ein Konkavspiegel
mit einer Sichtquelle in der Nähe
Kurvenmittelpunktes wirkt, und
dementsprechend ein Bündel von reflektierten Strahlen erzeugt, das wesentlich schwächer
ist als die Reflektion des oben beschriebenen Prismas (singlecorner cube prism).
Andere Möglichkeiten ist Katzenaugen, wie man sie an Straßen verwendet, und lichtreflektierende
Flächen derart, die eine Vielzahl von sehr kleinen Gaskügelchen aufweisen, welche
an einem klebrigen Band haften.
-
Zusätzlich zu der auf diese Weise erhaltenen Information über die
Winkel der Reflektoren ist ein in den Fig. 5 und 7 dargestellter Meßwertgeber für
die zurückgelegte Strecke auf der Gewinnungsmaschine angeordnet, um die vom Empfänger
zurückgelegte Strecke anzuzeigen. Diese Strecke wird natürlich längs des Fördererprofiles
gemessen. Der Meßwertgeber weist in typischer Weise einen Entfernungsmesser mit
einem Impulszähler auf, der die Bewegung einer mechanischen Komponente der Maschine
erfaßt und elektrische Impulse proportional zur Bewegung abgibt. Ein solcher Meßwertgeber
ist in der US-Patentanmeldung Serial No. 775 120 beschrieben.
-
In Fig. 2 ist dargestellt, daß neben der Reihe von an den Ausbaugestellen
montierten Rückstrahlern 12 ein weiterer Reflektor 13 am äußersten Ende des Kohlenstoßes
angeordnet ist, der ebenfalls auf den an der Gewinnungsmaschine 10 montierten Empfänger
gerichtet ist. Dieser Reflektor 13 befindet sich auf der optischen Achse des Empfängers
wenn die Gewinnungsmaschine korrekt ausgerichtet ist, und zwar sowohl im Hinblick
auf den Abstand vom Kohlenstoß und die Vorschubrichtung quer dazu. Es kann natürlich
sein, daß die gewünschte Vortriebsrichtung nicht normal zu den beiden seitlichen
Strecken ist, sondern etwas davon abweicht, um die Wirkung eines nicht horizontalen
Flözes auszugleichen, d.h. um zu erreichen, daß die Ausbaugestelle
leicht
nach oben vorgezogen werden. Auf jeden Fall ist der Winkel des vom Reflektor 13
reflektierten Strahls im Hinblick auf die optische Achse des Empfängers null, wenn
die Gewinnungsmaschine korrekt ausgerichtet ist. Das ermöglicht eine direkte Anzeige
der Bewegungsrichtung der Gewinnungsmaschine sowie eine unmittelba:eAusrichtung
bzw. Fehlerkorrektur, hat jedoch grundsätzliche Nachteile wegen des langen Strahlungsweges,
wodurch verhältnismäßig große Abweichungen durch Unterbrechung der Sichtlinie, durch.Staub
u.a. Einflüsse verursacht werden können.
-
Der Reflektor 13 ist ein ausschließlich in der horizontalen Ebene
reflektierender Rückstrahler, der aus einem langen dreieckförmigen prismatischen
Abschnitt besteht, dessen Achse vertikal angeordnet ist. Ein Strahl wird deshalb
ungeachtet der Bewegungsrichtung der Maschine reflektiert und bei der Höhe des Reflektors
werden die vertikalen Wellungen des Liegenden in der Nähe des Kohlenstoßes berücksichtigt.
-
In den Fig. 4a und 4b ist eine auf der Gewinungsmaschine angebrachte
Einrichtung 16 mit Strahlungsquelle und Empfänger dargestellt. Fig. 4b zeigt das
Gerät von der Rückseite der Gewinnungsmaschine. Die optische Quelle 21 ist dicht
unter der Objektivlinse 22 des Empfängers montiert. Die Quelle 21 ist eine lichtemittierende
Gallium-Arsenid-Diode (LED), die mit niedriger Spannung betrieben werden kann und
so robust ist, daß sie sich für diese Umgebung eignet. Die ].eistungsbegrenzungen
für diese Strahlungsquelle lassen sich in weitem Maße dadurch überwinden, daß die
Quelle mit einem verhältnismäßig geringen Nutzungsfaktor gepulst wird. Die Quelle
ist so ausgelegt, daß ihre Strahlausbmitung ausreicht, eine Mindestgruppe von Reflektoren
12 innerhalb eines Bereiches von 20 m zu erfassen, wobei in typischer Weise ein
horizontaler Fächerstrahl
mit einem Öffnungswinkel von ca. 250
durch ein nicht dargestelltes Linsensystem erzeugt wird.
-
Die Anzahl der Reflektoren in einer Gruppe wird durch verschiedene
im folgenden zu erläuternde Faktoren bestimmt. Bei einer anderen Ausführungsform
werden zwei Strahlen erzeugt, wobei einer einen sehr weiten Öffnungswinkel für die
in der Nähe befindliche Reflektorengruppe aufweist und der andere einen engeren
Öffnungswinkel für die weiter entfernte Reflektorengruppe.
-
Der enge Winkel kompensiert dann den langen Weg der Strahlung.
-
Ein signifikanter Vorteil einer lichtemittierenden Diode als Lichtquelle
besteht darin, daß ihr Ausgang in der Nähe des infraroten Strahlungsbereiches bei
einer Strahlungslänge von ungefähr 0,9 /u liegt. Die spektrale Wirksamkeit von Silikon-Photodioden,
die im Detektor bei dieser Wellenlänge verwendet werden, ist wesentlich besser als
die Ausgangsleitung einer Wolfram-Lampe, die auch dann, wenn sie eine hohe Leistung
besitzt, andere Nachteile aufweist.
-
Zusätzlich kann im Detektor ein Filter verwendet werden, um diese
Strahlung aus im wesentlichen sichtbaren und anderen Störstrahlungen der Umgebung
herauszufiltern. Störstrahlungen können durch gewollte Beleuchtung des Stoßes, durch
Lampen der Bedienungspersonen, Reflektionen von gewölbten Oberflächen u.dgl. verursacht
sein.
-
In Fig. 4a ist ein Detektorfeld 23 im Bereich der Brennlänge der Objektivlinse
22 angeordnet. Eine zylindrische Linse 24 ist mit horizontaler Achse zwischen der
Objektivlinse 22 und dem Detektorfeld 23 angeordnet, um eine vertikale Ausbreitung
des
Sichtfeldes zu erzeugen und dadurch sicherzustellen, daß vertikale Wellungen der
Positionen der Rückstrahler 12 oder an anderer Stelle nicht dazu führen, daß das
Bild das Detektorfeld 2.3 verläßt. Die resultierende vertikale Abmessung des Bildes
ist einige Male größer als die horizontale Abmessung.
-
Das Detektorfeld 23 besteht aus einer Reihe von 256 Photodioden, die
auf einer Grundplat-te horizontal ztr optischen Achse des Empfängers angeordne-t
sind. Das von einem Rückstrahler 12 auf das Detektorfeld 23 pro jezierte Bild beleuchtet
eine oder zwei Photbdiqden- in- einer seitlichen Position, die dem Winkel des Rückstrahlers
12 relativ zur optischen Achse entspricht. Unter den gegebenen Umständen befinden
sich die Rückstrahler 1 2 höhenmäßig oberhalb des Empfängers und infolgedessen ist
das Bild einer Reihe von Rückstrahlern geneigt. Das Detektorfeld 23 ist deswegen
entsprechend geneigt Stets sind einige Bilde-r von Rückstrahlern gleichzeitig vorhanden
und wandern langsam über das Detektorfeld, wenn die Gewinnungs-maschine entlang
des Kohlcnstoßes verfahren wird.
-
Fig. 5 zeigt eine grundsätzliche Anordnung zur Identifizierung der
Bildpositionen auf dem Detektorfeld und zur Berechnung der jeweIligen Ausgangswerte
Das Dioden- bzw. Detektorfeld 23 ist an ein Schieberegister 26 gekoppelt. Eine logische
Eins wird durch das Schieberegister 26 mit einer Taktimpulsserie verschoben, die
beim Durchlauf einen Abfrageimpuls für jede Diode des Diode feldes erzeugt. Au-f
diese Weise werden in Reihe Ausgangsstromschritte von -den beleuchteten Dioden erzeugt.
Die Stromsehritte werden in bekannter Weise in Videoausgangsimpulse zur weiteren
Umwandlung in digitale Größenumgewandelt, Die Datenverarbeitung' wird dann in zwei
Stufen mit einem Prozessor 27 durchgeführt, der zunächst einen Vorprozessor 28 aufweist,
welcher nur die
relativen Winkelpositionen der nächsten Gruppe
von Rückstrahlern bestimmt, und ferner mit einem Mikroprozessor 29, der die übrigen
Rechnungen ausführt. Der Mikroprozessor 29 erhält auch ein Entfernungssiftnal von
dem oben erwähnten Entfernungs-Meßwertgeber 30 . Eine Anzeige 31 ist an den Ausgang
des Mikroprozessors angeschlossen.
-
Das Verfahren zum Berechnen des Stoßprofils muß eine Anzahl von unbestimmten
Faktoren in Rechnung stellen. So ist anzunehmen, daß die Positionen der Reflektoren
statistisch von den vorgegebenden Positionen abweichen. Die von den Reflektoren
gebildete Linie ist deshalb keine genaue Wiedergabe des Stoßprofiles.
-
Die Bewegungsrichtung der Gewinnungsmaschine, d.h. die Richtung der
Optischen Achse, ist im allgemeinen unbekannt im Hinblick auf die Örtlichen Veririderungen
der durch den Förderer gegebenen Bahn. Im scllli.mnsten Fall ist diese längs des
durch den Förderer vorgegeberlen Weges volt der Gewinnungsmaschine und dem Empfänger
zurückgelegte Strecke nicht bekannt. Die Rechnung basiert daher auf der mehrmdligen
Messung der Winkelbeziehungen einer Gruppe von Refiektoreii, im Itl.alfal.L einer
großen Anzahl von Messungen, während des Zeitraums, in dem die Reflektoren sich
im Empfangsbereich des Empfängers befinden und durch Korrelation der Gruppen von
Meßwerten für die jeweils gleiche Gruppe von Reflektoren, wobei die Meßwerte bei
unterschiedlichen Positionen des Empfängers aufgenommen werden. Die relativen Positionen
der Reflektoren der betreftenden Gruppe können dann in einem vorbestimmten Bezugssystem
mitt X- und Y-Koordinaten festgelegt werden.
-
Jeder Satz von Winkelmeßwerten für eine Gruppe von Reflektoren bildet
eine Gleichung, die die Positionen der Reflektoren dieser Gruppe untereinander und
zur Position des Reflektors im Moment des Erfassens der Winkelmeßwerte in Beziehung
setzt. Bei einer ausreichenden Anzahl von Sätzen von Winkelmeßwerten können deshalb
die Gleichungen nach X und Y gelöst werden. Ein
Überschuß an Meßwerten
kann dazu verwendet werden, auf statistischer Basis die besten Werte für X und Y
zu ermitteln. Wenn der Empfänger sich längs des Stoßes bewegt, verläßt jeweils ein
Reflektor seinen Empfangsbereich und ein anderer kommt in den Empfangsbereich. Jeder
Reflektor gehört deshalb zu einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Gruppen und für
jede Gruppe, zu der ein Reflektor gehört, werden mehrere Winkelbestimmungen durchgeführt.
Dementsprechend nehmen die statistischen Daten zu.
-
Mathematische Verfahren zum Bestimmen der X- und Y-Werte unter den
gegebenen Umständen sind an sich bekannt und verwenden die sogenannten Kalman-Filterverfahren.
Diese arbeiten mit iterativer Annäherung in einem mathematischen Modell der Reflektoranordnung,
um die Differenz zwischen der beobachteten Winkelposition eines Reflektors, wie
vom Mikroprozessor bestimmt, und einem geschätzten Wert dieser Winkelposition zu
minimieren, und zwar im Hinblick .;f die folgenden Variablen: Y-Abweichung des Detektorfeldes
von der X-Achse; X-Position jedes gesonderten Reflektors; Y-Position jedes gesonderten
Reflektors; vom Detektorfeld in Richtung zurückgelegte Entfernung; Winkelabweichung
der optischen Achse des Empfängers zur X-Achse.
-
Bei einem ersten Lauf stützt sich das mathematische Modell auf eingegebene
Daten, nämlich den nominellen Abstand zwischen den Reflektoren, die Anzahl der Reflektoren,
den nominellen Abstand zwischen dem Empfänger und einer von den Reflektoren gebildeten
Linie u.dgl. Nach dem ersten Lauf kann jedoch jeweils das berechnete Profil und
die berechnete Reflektoranordnung für den nächsten Lauf verwendet werden, weil jedes
Profil in enger Beziehung zum nächsten steht.
-
Während eines Laufes, d.h. für jeden Satz von erfaßten Meßwerten,
oder während eines Abtastintervalls werden für jeden Reflektor die Reflektionswinkel
zur optischen Achse berechnet, und zwar
unter Verwendung der bereits
früher bestimmen Reflektorpositionen sowie der angenommenen neuen Positionen von
Gewinnungsmaschine und Empfänger. Die Unterschiede zwischen den berechneten Werten
und den laufend gemessenen Winkeln werden verwendet, um die berechnete Maschinenposition-und
die Reflektorpositionen ZU korrigieren, wobei di.e quadratischen Abweichungen zwischen
gerechneten und gemessenen Winkeln über alle Abtastintervalle minimiert werden.
-
Als zweckmäßige Bezugslinie wenigstens für den ersten Lauf wird die
Linie durch die beiden ersten Reflektoren genommen.
-
Das ist darin die oben erwähnte X-Achse.
-
Es gibt eine minimale Anzahl von Reflektoren, die zu einer Gruppe
zusammengefaßt werden können, d.h. eine minimale Anzahl von gleichzeitigen Winkelbestimmungen,
um die Woordinatenbestimmung der Reflektoren und des Empfängers zu ermöglichen.
Wenn absolut keine anderen Bezugsgrößen als die Winlcelabweichungen dazu Reflektoren
in einer Gruppe vorliegen, dann bilden vier Reflektoren eine Mindestgruppe. Wenn
jedoch weitere Bezungsgrößen zur Verfügung stehen, z.B. in Form der vom Empfänger
zurückgelegten Strecke oder des Abstandes jedes Reflektor dar kann die Mindestanzahl
reduziert werden.
-
Je größer die Anzahl in einer Gruppe ist, desto größer ist auch der
Menge der vuifügbaren statistischen Information und damit die Genauigkeit der Resultate.
-
Da aus den obengenannten Gründen auf die Positionen der Reflektoren
quer zum Kohlenstoß nicht bezug genommen werden kann, ist die Anordnung dieser Reflektoren
von sekundärer Bedeutung, verglichen mit dem Weg des Empfängers, der, wie erwähnt,
sich synchron zum Verlauf des Kohlenstoßes quer bewegt. Die Refiktoren bilden daher
einen Satz von nur zeitweise gültigen Bezugspunkten für die Ermittlung des vorgegebenen
Weges,
wobei der Mangel an Kenntnis über die vorherigen Positionen dieser Bezugs-punkte
durch die Vielzahl der Winkel-b:estimmungen ausgeglichen werden kann.
-
Die Mikroprozessor, der die beobachteten Reflektorwinkel bebestimmt,
ist auf der Gewinnungsmaschine angebracht. Der Hauptprozesson, der die Beobachtungswerte
analysiert und die jeweilige Anordnung errechnet, ist zusammen mit der Anzeige 31
in einer Strecke angeordnet.
-
Die Ausgangswerte werden dann auf der Maschine in folgender Form -
wiedergegeben: a) Eine kleine Anzahl (z.B.4) Anzeigeleuchten zur Anzeige von z.B.
Computerlauf; durchgeführter Selbstüberprüfung; Gültigkeit der Eingangsdaten; Richtigkeit
der Versorgungsspannungen; u. dgl.
-
b) Eine digitale (LED) Anzeige, die auf Anfrage jedes der Datenwörter
wiedergibt, das normalerweise Ausgang einer Datenübertragungsverbindung ist. So
können z.B. bei stehender Maschine die Winkel der nächstgelegtenen Rückstrahle-r
wechselweise angezeigt und mit den Messungert verglichen werden.
-
c) Eine Analoganzeige des Stoßprofils. Diese hat die größte Bedeutung
für die Bedienungspersonen, die am Stoß arbeiten.
-
Eine Reihe von (parallelen) linearen LED-Anzeigen ergibt eine lange
rechteckige Punktmatrix, auf der das gegenwärtige oder frühere Profil-grafisch wiedergegeben
wird.
-
Der in dieser Beschreibung verwendete Begriff "optisch" umfaßt sowohl
sich-tbare als auch unsichtbare Strahlung mit optischen Eigenschaften und infolgedessen
auch z.B. infrarotes oder ultraviolettes Licht.
-
Es sind verschiedene Modifikationen der beschriebenen Vorrichtung
bzw. des beschriebenen Systems möglich. So können die an den Ausbaugestellen befestigten
Reflektoren durch Lampen oder andere Strahlungsquellen ersetzt werden, die die Primärquelle
am Empfängergerät ersetzen. Die Reflektoranordnung hat jedoch den Vorteil, daß alle
aktiven Elemente an einem Ort vereinig-t sind und nicllt längs des Kohlenstoßes
verteilt angeordnet sind, wobei zusätzlich Versongungsleitungen erforderlich sind.
-
In den Fig. 6 und 7 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.
In Fig. 6 ist ein oben erwähnter Str@bförderer 32 dargestellt. Etiie primäre Strahlungsquelle
33 sendet einen in vertikaler Richtung fächerförmigen Laserstrahl aus und schwenkt
diesen horizontal. in einer lirei-tseite, so daß nacheinander die ReflekLoren angeschnitten
werden. In Fig. ß schneidet der Laserstrahl z.B. zunächst den Rückstraüler 12a,
dann den Rückstrahler 12b und schließlich den Rückstrahler 12c an. Die vertikale
Ausdeiinung stellt sicher, daß Wellen aus der Horizontalen den impfatig des Laserstrahls
durch die Reflektoren nicht stören können. Ein Empfänger 34 ist ein optischer Weitwinkelempfänger
anstelle des im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Detektorfeldes,und
die Winkelabweichung jedes Reflektors gegenüber dem vorangehenden wird durch das
,eitintervall zwischen dem Empfang der reflektierten Strahlen bestimmt. Der Prozessor
27 ist dementsprechend dazu
ausgelegt, diese Zeitintervalle unter
Verwendung eines modifizierten Vorprozessors 36 zu messen.
-
Anstelle eines linearen Feldes mit optischen Detektoren kann auch
ein rechteckiges Feld verwendet werden, um ohne zylIndrisches Linsensystem ein sich
in vertikaler Richtung erstreckendes Empfangs feld zu erhalten.
-
Es können auch Ladungsverschiebeelemente als kombinierte optische
Detektoren und analoge Schieberegister anstelle der erwähnten üblichen optischen
Elemente verwendet werden.
-
Die Anzeige des Profils kann auch mit einer Leuchtplatte oder mit
auf. einer Platte angeordneten Flüssigkristallen verwirklicht werden.
-
Bei einer anderen Anordnung der Reflektoren können diese an Plattenabschnitten
des Förderers angebracht sein, so daß sie relativ zum Förderer fest sind und das
Stoßprofil genau definieren. Das würde zwar die Rechnungen durch Fortfall einer
Variablen vereinfachen, hätte aber den Nachteil, daß die Reflektoren niedrig und
damit verletzbar angeordnet sind.
-
Es versteht sich, daß, obgleich die Vorrichtung bzw. das System im
Hinblick auf die Anwendung im Untertagebergbau erläutert worden ist, die Erfindung
auch zum Vermessen jeder beliebigen Fläche oder jedes beliebigen Weges Übertage
oder .Untertage eingesetzt werden kann, wenn ein beweglicher Empfänger vorhanden
ist.