DE29605107U1

DE29605107U1 - Tiefenmeßvorrichtung für einen Bagger

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Publication number: DE29605107U1
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Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 1996-05-23
Anticipated expiration: 2006-03-20

Description

Tiefenmeßvorrichtung für einen Bagger Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tiefenmeßvorrichtung für einen Bagger.

Aus der DE-OS-329119 ist bereits eine Tiefenmeßvorrichtung für einen Bagger bekannt. Diese bekannte Tiefenmeßvorrichtung weist eine flüssigkeitsgefüllte Leitung auf, die sich zwischen einem Flüssigkeitsvorratsbehälter im Führerhaus des Baggers und einem Drucksensor erstreckt, der am Baggerarm befestigt ist.

Der Drucksensor erzeugt ein elektrisches Signal, das die Erhöhung des Flüssigkeitsvorratsgefaßes gegenüber dem Drucksensor anzeigt. Dieses Signal wird einer Auswertungsschaltung zugeführt. Ferner ist am Baggerarm ein Neigungssensor angebracht, der auf die Neigung des Teils des Baggerarms anspricht, der mit der Schaufel des Baggers in Verbindung steht. An diesem Teil des Baggerarms ist auch der Drucksensor angebracht. Ferner befindet sich am Baggerarm ein Empfänger für eine Laserstrahlung, der an einer beliebigen Stelle des Baggerarms vorgesehen sein kann. Ein Lasersender, der an einem vermessenen Punkt der Baustelle aufgestellt ist, auf der der Bagger mit der bekannten Tiefenmeßvorrichtung arbeitet, legt mit seiner Strahlung eine Referenzhöhe fest.

Zum Eichen der bekannten Tiefenmeßvorrichtung wird der Baggerarm in eine derartige Lage gebracht, daß ein kleineres Empfängerfeld des Empfängers für die die Referenzhöhe festlegende Strahlung in dem Bereich der Laserstrahlung zu liegen kommt. In dieser Lage des Baggerarmes wird die bekannte Tiefenmeßvorrichtung durch Betätigen einer Eichtaste geeicht, wobei das Signal vom Drucksensor bei der durch die Referenzhöhe vorgegebenen Lage des Baggerarms als Referenz-

signal abgespeichert wird.

Die Ermittlung der Tiefe der Baggerschaufel gegenüber der Referenzhöhe wird im Anschluß an diesen Eichvorgang durch Auswertung der Abweichung des Signals vom Drucksensor gegenüber dem Signal vom Drucksensor in der Referenzhöhe sowie durch Auswertung des Signals vom Neigungssensor vorgenommen.

Im praktischen Gebrauch hat sich jedoch das Arbeiten mit der bekannten Tiefenitießvorrichtung als problematisch erwiesen, weil durch den anfänglichen Eichvorgang nur dann eine zuverlässige Information über die während des späteren Arbeitens erreichte Tiefe der Baggerschaufel erzeugbar ist, wenn der Bagger selbst während der gesamten Arbeit auf der gleichen Höhe bleibt.

Es ist jedoch offensichtlich, daß im Baustellenbereich kaum ein Anwendungsfall existiert, bei dem der Bagger auf einer völlig horizontalen Ebene fährt. Dadurch ergibt sich ein Fehler in der Ermittlung der Tiefe der Baggerschaufel, da das Drucksensorsignal, das direkt für die Tiefenberechnung verwendet wird, nur die relative Lage zwischen dem Drucksensor und dem Baggerhaus wiedergibt, so daß jegliche absolute Höhenbewegung des Baggers selbst, die aufgrund einer nicht horizontalen Standfläche des Baggers bei einer Vorwärtsbewegung oder Rückwärtsbewegung desselben auftritt, direkt zu Meßfehlern führt,, Zur Vermeidung eines ständigen Aufaddierens derartiger Meßfehler ist bei der bekannten Tiefenmeßvorrichtung ein ständiges Nacheichen während des Arbeitens erforderlich.

Eine Verbesserung gegenüber diesem Stand der Technik bildet die Txefenmeßvorrichtung für einen Bagger, die in der deutschen Patentschrift DE 35 06 326 Cl offenbart ist. Bei dieser Tiefenmeßvorrichtung dient der Empfänger für die Strahlung, die eine Referenzhöhe festlegt, nicht nur zum Eichen der Tiefenmeßvorrichtung, sondern derselbe erzeugt ständig ein Lagesignal, das die relative Lage des Empfängers gegen-

über der Referenzhöhe, die durch die Strahlung festgelegt ist, darstellt. Durch Kombination eines derartigen Lagesignals mit einem die Neigung des baggerschaufelseitigen Baggeranteils darstellenden Neigungssignals wird dort mittels der Auswertungsschaltung ein Signal erzeugt, das die Tiefe der Baggerschaufel gegenüber der Referenzhöhe darstellt. Diese Tiefenmeßvorrichtung zeigt daher ständig die tatsächlich erreichte Baggertiefe mit größerer Genauigkeit an, wie es bei der in der DE-OS-329119 offenbarten Meßvorrichtung der Fall ist.

Im Baustellenbereich ist es von entscheidender Bedeutung, daß die Tiefe einer Baugrube entsprechend einem behördlichen Bauplan und der für ein bestimmtes Bauwerk erforderlichen Statik beim Ausheben der Baugrube exakt erreicht wird. Wird die Baugrube zu tief ausgehoben, muß dieselbe bis zur erforderlichen Tiefe wieder aufgefüllt werden, wobei das aufzufüllende Material festgewalzt werden muß, da die Baugrube ein Fundament tragen soll. Eine andere Vorgehensweise bei zu tief ausgehobenen Baugruben besteht darin, die Baugrube mittels Beton auszugießen, bis die korrekte Baugrubentiefe erreicht ist. In beiden Fällen sind erhebliche zusätzliche Kosten notwendig, die bei der Verwendung einer hochpräzisen Tiefenmeßvorrichtung, die den Baggerführer wirksam unterstützt, zu vermeiden gewesen wären. Andererseits verursacht eine Baugrube, die nicht ausreichend tief ausgehoben worden ist, ebenfalls zusätzliche Kosten, da zum einen das Fundament für eine Baugrube dünner gemacht werden könnte, was aus statischen Anforderungen jedoch nicht möglich ist, weshalb andererseits der Aushubvorgang wieder aufgenommen werden muß, um die korrekte Baugrubentiefe zu erreichen. Es wird daher nochmals darauf hingewiesen, daß bei gegebener Fundamentdicke und Bauhöhe des Bauwerks die Baugrubentiefe direkt mit der endgültigen Höhe des Bauwerks zusammenhängt, welches nach der Fertigstellung behördlicherseits vermessen und genehmigt werden muß. Erfahrungsgemäß führt bereits eine Abweichung der Bauwerkhöhe im Bereich weniger Zentimeter zu Beanstandungen der Baubehörde bei der behördlichen Abnahme

des Bauwerks.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine hochpräzise Tiefenmeßvorrichtung zu schaffen, die einen Baggerführer in die Lage versetzt, bei maximaler Bedienflexibilität hochpräzise Tiefen herzustellen.

Diese Aufgabe wird durch Tiefenmeßvorrichtungen für einen Bagger gemäß Anspruch 1, Anspruch 2 und Anspruch 3 gelöst.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es für eine hochpräzise Tiefenmeßvorrichtung unabdingbar ist, nicht nur die Neigung des Baggerarms, an dem die Baggerschaufel befestigt ist, zu erfassen, sondern ebenfalls die Winkelposition der Baggerschaufel bezüglich des Baggerarms zu erfassen. Da unpräzise hergestellte Baugruben bei der Korrektur ihrer Tiefe sehr hohe Kosten verursachen, ist es von wesentlicher Bedeutung, die Lage der Baggerschaufel zu erfassen und zusätzlich zur Lage des Baggerarms bei der Höhenbestimmung im berücksichtigen, da nur dann die geforderten Genauigkeiten im Zentimeterbereich erreicht werden können.

Ferner versetzt das Erfassen sowohl der Lage der Schaufel als auch des Baggerarms den Baggerführer in die Lage, bei jeder Ausrichtung der Baggerschaufel präzise graben zu können, da nun unabhängig von der Stellung des Baggers, beliebiger weiterer Baggerarme, des schaufelseitigen Baggerarms und der Schaufel selbst immer einen korrekten Wert der Baugrubentiefe erfaßt und angezeigt wird. Bei der zuletzt genannten bekannten Tiefenmeßvorrichtung ist ein korrekter Wert der Baugrubentiefe nur bei einer einzigen Position der Schaufel erreichbar. Für den Baggerführer bedeutet dies, daß er die Möglichkeiten des Baggers bezüglich der Schaufelbewegung nur begrenzt nützen kann. Die Tiefenmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung befreit den Baggerführer von diesen Beschränkungen und unterstützt ihn durch größere Flexilibität besonders bezüglich der Schaufelstellung bei

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seiner Tätigkeit,, was zu einer insgesamt größeren Produktivität und Präzision führen wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliez-ter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Bagger mit Tiefenmeßvorrichtung; und
Fig. 2 ein Blockdiagramm der Tiefenmeßvorrichtung.

In Fig. 1 ist ein Bagger 10 gezeigt, an dem ein mehrteiliger Baggerarm 12 angebracht ist. Ferner ist eine Baggerschaufel 14 an einem Ende des mehrteiligen Baggerarms 12 um eine Schaufelachse 16 drehbar befestigt. Der schaufelseitige Teil des mehrteiligen Baggerarms 12, der nachfolgend der Einfachheit halber als Baggerarm 12 bezeichnet wird, ist um eine obere Baggerarmachse 13 drehbar an einem weiteren Baggerarmteil befestigt. An dem der Schaufelachse 16 gegenüberliegenden Ende der Baggerschaufel 14 befindet sich eine Grabkante 18, die dafür vorgesehen ist, um Erdreich 20 abzutragen.

Eine Tiefenmeßvorrichtung 22 ist vorzugsweise an dem Baggerarm 12 angebracht, der auch die Schaufelachse 16 aufnimmt. Die Tiefenmeßvorrichtung 22 weist einen Empfänger 24 und einen ersten Neigungssensor 26 auf, welcher die Neigung des Baggerarms gegenüber der Vertikalen mißt. Der Empfänger 24 dient zum Empfang einer von einem Lasersender 28 erzeugten Strahlung, die durch eine Referenzebene 30 eine Referenzhöhe festlegt.

Der Lasersender 28 weist ein einen Laserstrahl aussendendes Laserelement auf, das um eine senkrecht stehende Achse rotiert, derart, daß durch die Rotation des Laserstrahls, der senkrecht zu dieser Achse ausgerichtet ist, die die Referenzhöhe festlegende Referenzebene 30 gebildet wird. Üblicherweise rotiert der Laserstrahl mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 ü/s.

Die Tiefenmeßvorrichtung 22 ist höhenverschiebbar an einem Befestigungsrohr 32 angebracht, das mit dem Baggerarm 12 fest verbunden ist. In der Nähe der Schaufelachse 16 befindet sich ein zweiter Neigungssensor 34, der die Neigung der Baggerschaufel 14 bezüglich der Vertikalen mißt, und der ebenfalls wie auch der Empfänger 24 und der erste Neigungssensor 26 einen Teil der Tiefenmeßvorrichtung 22 darstellt. Dieser zweite Neigungssensor 34 ist mit der Tiefenmeßvorrichtung 22 über elektrische Leitungen oder eine Funkstrecke verbunden, um seine Erfassungssignale an die Tiefenmeßvorrichtung 22 zu leiten.

Fig. 2 zeigt eine Schaltungsvariante der Tiefenmeßvorrichtung 22. Der Empfänger 24 weist eine Mehrzahl von Empfangseinheiten 36 auf, deren Anzahl vorzugsweise zwischen 8 und 100 liegt. Die Empfangseinheiten 36 sind vertikal übereinander angeordnet, wobei die unterste Empfangseinheit mit 36u und die oberste Empfangseinheit mit 36o bezeichnet sind. Eine Empfangseinheit kann durch einen Fototransistor, eine Fotozelle oder eine lichtempfindliche Diode gebildet sein. Ebenfalls kann eine Empfangseinheit 36 aus einem Fotowiderstand gebildet sein. Wenn die einzelnen Empfangseinheiten 36 lediglich in einer Ebene angeordnet sind, wie dies bei dem in Fig. 2 gezeigten Empfänger 24 der Fall ist, so ist der Empfänger nur dazu in der Lage, diejenige Strahlung zu erfassen, die in einem etwa 180° umfassenden Winkelbereich senkrecht zu den Empfangseinheiten auf diese einfällt. Soll jedoch die Strahlung von allen Seiten erfaßt werden, wird man zweckmäßigerweise drei oder vier Sätze von Empfangseinheiten in der in Fig. 2 gezeigten Art winkelmäßig um 120° (bzw. 90°) versetzt miteinander verbinden und dabei die Empfangseinheiten, die auf einer gemeinsamen Höhe liegen, parallel zueinander verschalten. Jede Empfangseinheit bzw. jeweils drei parallel geschaltete Empfangseinheiten im Falle der Verwendung von drei Sätzen von Empfangseinheiten sind über zugeordnete Umschaltelemente 38 an einen von zwei Signaleingängen der Auswertungs-

schaltung 40 anschaltbar. Bei den Umschaltelementen 38 handelt es sich vorzugsweise um elektronische Schaltelemente, insbesondere um Halbleiterschalter.

Jedes Umschaltelement 38 steht mit der Auswertungsschaltung 40 ferner über eine Steuerleitung in Verbindung, derart, daß der jeweilige Schaltzustand der Umschaltelemente 38 durch die Auswertungsschaltung 40 bestimmt wird.

Ausgehend von einem anfänglichen Schaltzustand, in dem die obere Hälfte der Empfangseinheiten 36 gegen einen ersten Signaleingang geschaltet sind, und in dem die untere Hälfte der Empfangseinheiten 36 gegen den zweiten Signaleingang der Auswertungsschaltung 40 geschaltet sind, schaltet die Auswertungsschaltung 40 der Reihe nach eine Empfangseinheit von einem Signaleingang ab und an den anderen Signaleingang an. Da nur diejenige Empfangseinheit ein Ausgangssignal liefert, die momentan von einem Laserstrahl des Lasersenders 28 getroffen wird, führt eine derartige Umschaltung der Empfangseinheiten 36 nur dann zu einer Änderung der Signale an den Signaleingängen der Auswertungsschaltung 40, wenn gerade die die Laserstrahlung empfangene Empfangseinheit 36 von einem Signaleingang auf den anderen Signaleingang umgeschaltet wird. Bei Auftreten dieser Signaländerung am Eingang der Auswertungsschaltung 40 liegt daher für die Auswertungsschaltung 40 ein Hinweis darauf vor, daß mit dem momentanen Steuersignal für das betreffende Umschaltelement 38 gerade das Element umgeschaltet worden ist, das in der Höhe der Referenzebene 30 liegt, die durch die Strahlung des Lasersenders 28 festgelegt ist.

Die Auswertungsschaltung 40 verwendet das betreffende Signal für das Umschaltelement 38, dessen Umschalten zu einer Änderung der an den Signaleingängen anliegenden Signale führt, für die Ermittlung des Lagesignals, also eines Signals, das die relative Lage der Empfangseinheit gegenüber der durch die Laserstrahlung festgelegten Referenzebene darstellt. Dieses Lagesignal kann beispielsweise die Nummer oder Stelle

derjenigen Empfangseinheit sein, die diese innerhalb des Empfängers 24 einnimmt.

Eine weitere, etwas aufwendigere Schaltung für die Auswertung der Photoelemente besteht darin, daß man jeder Zelle bzw. Zellengruppe einen eigenen Verstärker zuordnet.

Die Auswertungsschaltung 40 enthält vorzugsweise einen handelsüblichen Mikrocomputer. Da derartige Mikrocomputer nur eine begrenzte Anzahl von Signalausgängen aufweisen, mit denen Steuerfunktionen ausgeführt werden können, ist zwischen einem seriellen Signalausgang und den einzelnen Umschaltelementen 38 eine Schaltung angeordnet, die aus einem seriellen Datenausgangswort des Mikrocomputers die nötigen Steuersignale für die Umschaltelemente 38 gewinnt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht diese Schaltung aus einer 8-Bit-Halteschaltung (Latch), in die das Datenausgangswort von einem Signalausgang des Mikrocomputers eingeschoben wird. Diese 8-Bit-Halteschaltung verfügt über acht Ausgangsleitungen, auf denen das seriell aus dem Mikrocomputer ausgegebene Datenwort in paralleler Darstellung erscheint. Das 8-Bit-Wort auf den acht Datenleitungen der Halteschaltung dient zur Ansteuerung einer handelsüblichen MuI-tiplexerschaltung (nicht dargestellt), mittels der hohe bzw. niedrige Pegel zur Ansteuerung der Umschaltelemente 38 auf deren Steuerleitungen gegeben werden.

Ferner sind an die Auswertungsschaltung 40 der erste Neigungssensor 26 und der zweite Neigungssensor 34 angeschlossen. Bei Verwendung eines Mikrocomputers als zentrale Steuereinheit der Auswertungsschaltung 40 wird zwischen diesen und dem ersten Neigungssensor 26 bzw. dem zweiten Neigungssensor 34 jeweils ein Analog/Digital-Wandler zwischengeschaltet. Der erste Neigungssensor 26 und der zweite Neigungssensor 34 können bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel identisch sein und in der Form eines Elektrolytsensors ausgeführt sein, dessen Ausgangssignal der Lage des Elektrolytsensors gegenüber der Vertikalen entspricht. Handelsübli-

ehe Elektrolyt-Ladesensoren verfügen über eine Mittelelektrode und zwei Seitenelektroden, zwischen denen das Elektrolyt einen lageabhängigen Widerstand bildet. Je nach Lage des Elektrolytsensors verändert sich der Widerstand zwischen der Mittelelektrode und der einen Seitenelektrode gegenüber dem Widerstand zwischen der Mittelelektrode und der anderen Seitenelektrode. Diese relative Widerstandsänderung kann mit einer Wechselstroiiraießbrucke ermittelt werden. Durch geeignete Anpassung der Geometrie des Elektrolytsensors wird eine lineare Abhängigkeit zwischen der Widerstandsänderung, die zu einem entsprechenden Ausgangssignal der Wechselstrommeßbrücke führt, und dem Neigungswinkel des Elektrolytsensors gegenüber der Vertikalen erreicht.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können der erste Neigungssensor 26 und/oder der zweite Neigungssensor 34 ebenfalls auch als Potentiometer-Neigungssensor/en ausgeführt sein. Bei Potentiometer-Neigungssensoren ist eine feste Elektrode mit einer Widerstandsbahn verbunden. Die andere, bewegliche Elektrode ist in einer Ebene, die im Betrieb die Vertikale enthält, drehbar um einen Drehpunkt aufgehängt, derart, daß ein Schleifkontakt der zweiten Elektrode auf der Widerstandsbahn gleitet. Die Richtung der zweiten Elektrode wird immer die Vertikale darstellen, da sich die zweite, drehbar gelagerte Elektrode aufgrund der Schwerkraft immer in der Vertikalen ausrichtet. Durch Bestimmung des Ohm'sehen Widerstandes zwischen den beiden Elektroden des Sensors ist ein Signal ableitbar, das direkt proportional zur Neigung der Teile des Baggers 10 ist, an denen dieser Sensor angebracht ist.

Ein von der Auswertungsschaltung 40 erzeugtes Signal, das den exakten Abstand zwischen der Referenzebene 3 0 und der Grabkante 18 der Baggerschaufel 14 darstellt, wird auf einer Anzeige 42, die sich im Führerhaus 44 des Baggers 10 befindet, dargestellt. Ferner können auf der Anzeige 42 ein Ausgangssignal des ersten Neigungssensors 26, das als erstes Neigungssignal bezeichnet wird, und ein Ausgangssignal des

- &iacgr;&ogr;* -*

zweiten Neigungssensors 34, das als zweites Neigungssignal bezeichnet wird, angezeigt werden, wobei das erste Neigungssignal die Neigung des Bagger armes 12 und das zweite Neigungssignal die Neigung der Baggerschaufel 14 darstellen. Somit kann sich der Bagger führer, der sich im Führerhaus 44 befindet, bezüglich der Tiefe der auszuhebenden Grube, die durch den Abstand zwischen der Referenzebene 30 und der Grabkante 18 der Baggerschaufel 14 gegeben ist, informieren, sowie selektiv den Neigungszustand des Baggerarms sowie der Baggerschaufel 14 überwachen. Für bestimmte Anwendungsbereiche wird es ausreichen, lediglich das Tiefenmeßsignal wiederzugeben und auf die zusätzliche Anzeige der Neigungen zu verzichten.

Das hochpräzise Tiefenmeßsignal wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung folgendermaßen erhalten. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 sei als Winkel a der Winkel definiert, der sich zwischen der Verbindungslinie der oberen Baggerarmachse 13 mit der Schaufelachse 16 und der Vertikalen befindet. Befindet sich der Baggerarm 12 in seiner vertikalen Ausrichtung, ist der Neigungswinkel Null und die Verbindungslinie zwischen der oberen Baggerarmachse 13 mit der Schaufelachse 16 ist mit der Vertikalen identisch.

Ein Winkel ß ist als der Winkel definiert, der zwischen der Verbindungslinie der Schaufelachse 16 mit der Grabkante 18 der Baggerschaufel und der Vertikalen, die die Schaufelachse 16 schneidet, gebildet ist. Bezüglich der Darstellung in Fig. 1 befindet sich die Baggerschaufel 14 innerhalb der oben festgelegten Definitionen der Neigungswinkel in einer bestimmten Auslenkung, während der Baggerarm 12 im wesentlichen keine Neigung aufweist. Das erste Neigungssignal ist demnach in der Nähe von Null, während das zweite Signal einen bestimmten Wert aufweist, der dem Neigungswinkel ß entspricht .

Der Abstand zwischen der Referenzebene 30 und der Grabkante

• *

18 der Baggerschaufel 14, der der Baugrubentiefe T bezüglich der Referenzebene 30 entspricht, lautet folgendermaßen:.

T = S-cosß + B-cosa. (1)

Dabei ist S der Abstand zwischen der Grabkante 18 der Baggerschaufel 14 und der Schaufelachse 16. Hingegen ist B der Abstand zwischen der Schaufelachse 16 und der Referenzebene 30.

Der Abstand S zwischen der Grabkante 18 der Baggerschaufel 14 sowie der Abstand B zwischen der Schaufelachse 16 und der Referenzebene 30 sind a priori nicht bekannt und können bei jedem Bagger unterschiedlich sein. Diese Größen werden jedoch zur Ermittlung des Tiefenmeßsignales jeweils mit der Cosinus-Funktion des jeweiligen Neigungswinkels bewertet. Dieselben müssen vor dem Betrieb der Tiefenmeßvorrichtung ermittelt werden, d.h. die Tiefenmeßvorrichtung muß vor Beginn der Baggerarbeiten kalibriert werden.

Prinzipiell wäre es zwar möglich, die entsprechenden Längen B und S abzumessen und über eine Dateneingabe in den Mikrocomputer einzuspeichern, eine derartige Vorgehensweise ist jedoch aus Gründen der einfachen Bedienbarkeit und Funktionssicherheit sowie der Flexibilität nicht wünschenswert. Aus diesem Grund verfügt der in der Auswertungsschaltung 40 vorhandene Mikrocomputer über ein entsprechendes Programm, mit dem eine automatische Bestimmung der Größe B bzw. der Größe S erreicht wird. Dieser· Kalibriervorgang wird in zwei unabhängigen Schritten durchgeführt. Zuerst wird die Größe B bestimmt, woraufhin die Größe S kalibriert wird. Für Fachleute ist es jedoch offensichtlich, daß die Reihenfolge auch umgedreht werden kann.

Bei der Bestimmung der Größe B, d.h. des Abstandes zwischen der Referenzebene 30 und der Schaufelachse 16 der Baggerschaufel 14 wird folgendermaßen vorgegangen. Zunächst wird der Baggerarm 12 mit der Bagger schaufel 14 auf eine ebene

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Bodenfläche aufgesetzt. Dabei ist darauf zu achten, daß der Baggerarm 12 in vertikaler Position ist, was durch die Ausgabe des ersten Neigungssensors 26 überprüft werden kann. Die Ausrichtung der Baggerschaufel 14 bezüglich der Vertikalen ist beliebig. Nun wird der Empfänger 24 an dem Befestigungsrohr 32 derart in vertikaler Richtung verschoben, daß die untere Empfangseinheit 36u des Empfängers 24 den Laserstrahl empfängt. Wenn diese Einstellung erfolgt ist, wird eine Kalibriertaste betätigt, derart, daß die Auswertungsschaltung 40 bzw. der Mikrocomputer über diesen Anfangszustand informiert ist.

Daraufhin wird der Baggerarm 12 bei einer im Vergleich zum ersten Kalibrierschritt unveränderten Neigung der Baggerschaufel 14 so weit geneigt, daß beim Aufsetzen der Baggerschaufel 14 auf den ebenen Boden nunmehr der Laserstrahl, der die Referenzebene 30 definiert, auf die oberste Empfangseinheit 36o fällt. Wiederum wird die Kalibriertaste betätigt, woraufhin die Auswertungsschaltung 40 Neigungswinkel &agr; des Baggerarms in diesem Zustand mißt. Da der Höhenunterschied zwischen der obersten 36o und der untersten Empfangseinheit 36u eine konstante, aus dem Datenblatt der Empfangseinheit entnehmbare Größe ist, kann allein aus der entsprechenden Winkelmessung die Entfernung zwischen der untersten Empfancjseinheit 36 und der Schaufelachse 16 bestimmt werden. Diese Entfernung b lautet folgendermaßen:

D·cosa

b = (2)

1-cosa

In Gleichung (2) bedeutet D die beispielsweise aus dem Datenblatt entnehmbare Länge des Empfängers 24, d.h. dem Abstand der untersten und der obersten Empfangseinheit.

Nachfolgend wird die Vorgehensweise bei der Bestimmung der Größe S₇ d.h. des Abstands zwischen der Schaufelachse 16 und der Grabkante 18 der Baggerschaufel 14 bestimmt. Der Bagger-

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arm 12 sowie die Baggerschaufel 14 werden auf einen ebenen Boden gestellt, derart, daß die Ausrichtung der Baggerschaufel 14 vertikal ist, wobei die Ausrichtung des Baggerarms 12 beliebig sein kann. Anschließend wird dem Mikrocomputer, der sich in der Auswertungsschaltung 40 befindet, der Ablesewert des Empfängers 24 mitgeteilt, welcher die Referenzebene 30 darstellt. Anschließend wird die Baggerschaufel 14 um einen bestimmten Kalibrationswinkel ß₀ geneigt, der beliebig ist und beispielsweise 30° beträgt. Der genaue Auslesewert des Kalibrationswinkels ß wird dem Mikrocomputer der Auswertungsschaltung 40 mitgeteilt, wobei derselbe ferner das neue Auslesesignal des Empfängers 24 erhält. Die Auswertungsschaltung 40 berechnet die Differenz des anfänglichen Auslesewertes und des oben beschriebenen neuen Auslesewertes zu d, wobei d dem Höhenunterschied des Baggerarms entspricht, der sich bei einer bestimmten Schaufelneigung ergibt. Damit lautet die Schaufelhöhe S folgendermaßen:

1-COSßg

Die ermittelten Größen b und S werden in dem Mikrocomputer abgespeichert, wonach die Kalibrierung der Tiefenmeßvorrichtung des Baggers 10 vollendet ist. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß zur Kalibration lediglich die bekannte Länge D, d.h. der Abstand von der untersten Empfangseinheit 36u zu der obersten Empfangseinheit 36o, zur Kalibration des Baggers 10 benötigt werden. Diese Referenzhöhe D ist genau bekannt und kann aus dem Datenblatt des Empfängers 24 entnommen werden. Durch Kombination der hochgenauen Referenzebene 30, die durch den Lasersender 28 gegeben ist, und der präzise vorliegenden Abmessung D werden alle äußeren Einflüsse eliminiert, wodurch ein hochgenaues Tiefenmeßsignal erreicht werden kann.

In Übereinstimmung mit dem beschriebenen ersten Ausfuhrungsbeispiel kann der im ersten Ausführungsbeispiel mit 26 be-

zeichnete erste Neigungssensor ebenfalls auch beim zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Neigungssensor ausgeführt sein, der ein Neigungssignal, das der Neigung des Baggerarms 12 entspricht, ausgibt.

Statt des im ersten Ausführungsbeispiel mit 34 bezeichneten zweiten Neigungssensors kann statt desselben bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Winkelsensor vorgesehen sein, der einen relativen Winkel &thgr; anzeigt, wobei der Winkel &thgr; der spitze Winkel zwischen der Verbindungslinie der Grabkante 18 mit der Schaufelachse 16 und der Verbindungslinie der Schaufelachse 16 mit der oberen Baggerarmachse 3 ist. Das Tiefenmeßsignal T ergibt sich bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung folgendermaßen:

T = B-cosci: + S-cos(a+Ö) (4)

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der im ersten Ausführungsbeispiel mit 26 bezeichnete erste Neigungssensor als Winkelsensor ausgeführt sein, wobei der im ersten Ausführungsbeispiel mit 34 bezeichnete zweite Neigungssensor auch in dem dritten Ausführungsbeispiel als Neigungssensor ausgeführt ist. Der Winkel &thgr; ist wiederum als der spitze Winkel zwischen der Verbindungslinie der Grabkante 18 mit der Schaufelachse 16 und der Verbindungslinie der Schaufelachse 16 mit der oberen Baggerarmachse 13 definiert. Die bei dem dritten Ausführungsbeispiel in der Auswertungsschaltung 10 vorhandene Berechnungsvorschrift für das Tiefenmeßsignal T lautet folgendermaßen:

T = B-cos(ß-e) + S-cosß (5)

Bei der durch verschiedene Ausführungsbeispiele erläuterten erfindungsgemäßen Tiefenmeßvorrichtung werden die für die Genauigkeit der Tiefe der Baugrube maßgeblichen Parameter B und S durch Kalibration bestimmt, wobei im Gegensatz zum Stand der Technik der Einfluß der Schaufelneigung vollstän-

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dig berücksichtigt ist. Der Baggerführer muß nun beim hochpräzisen Tiefenbaggern auf keine bestimmte Schaufelstellung mehr achten, da nun der Einfluß der Schaufelstellung bei der Tiefenmessung automatisch berücksichtigt wird.

Claims

- 16 - Schutzansprüche

1. Tiefenmeßvoz-richtung (22) für einen Bagger (10) ,

mit einem am Baggerarm (12) angebrachten ersten Neigungssensor (26) zum Erzeugen eines die Neigung des Baggerarms (12) darstellenden ersten Neigungssignals;

mit einem an der Baggerschaufel (14) angebrachten zweiten Neigungssensor zum Erzeugen eines die Neigung der Baggerschaufel (14) darstellenden zweiten Neigungssignals ;

mit einem am Baggerarm (12) angebrachten Empfänger (24) für eine eine Referenzhöhe (30) festlegende Strahlung, wobei der Empfänger (24) langgestreckt und im wesentlichen vertikal ausrichtbar ausgebildet ist und die relative Lage der die Referenzhöhe (30) festlegenden Strahlung gegenüber dem Empfänger (24) ermittelt und ständig ein diese relative Lage darstellendes Lagesignal erzeugt; und

mit einer Auswertungsschaltung (40), die mit dem Empfänger (24) _lf dem ersten Neigungssensor (26) und dem zweiten Neigungssensor (34) verbunden ist und aus dem ersten Neigungsignal, dem zweiten Neigungssignal und dem Lagesignal ein die Tiefe der Baggerschaufel (14) gegenüber der Referenzhöhe (30) darstellendes Signal erzeugt.

2. Tiefenmeßvorrichtung (22) für einen Bagger (10),

mit einem an der Baggerschaufel (14) angebrachten Win-

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kelsensor (34) zum Erzeugen eines die Winkellage der Baggerschaufel (14) gegenüber dem Baggerarm (12) darstellenden Winkelsignals;

mit einem am Baggerarm (12) angebrachten Empfänger (24) für eine eine Referenzhöhe (30) festlegende Strahlung, wobei der Empfänger (24) langgestreckt und im wesentlichen vertikal ausrichtbar ausgebildet ist und die relative Lage der die Referenzhöhe (30) festlegenden Strahlung gegenüber dem Empfanger (24) ermittelt und ständig ein diese relative Lage darstellendes Lagesignal erzeugt; und

mit einer Auswertungsschaltung (40), die mit dem Empfänger (24), dem Neigungssensor (26) und dem Winkelsensor (34) verbunden ist und aus dem Neigungssignal, dem Winkelsignal und dem Lagesignal ein die Tiefe der Baggerschaufel (14) gegenüber der Referenzhöhe darstellendes Signal erzeugt.

3. Tiefenmeßvorrichtung (22) für einen Bagger (10)

mit einem am Baggerarm (12) angebrachten Winkelsensor (26) zum Erzeugen eines die Winkellage des Baggerarms (12) darstellenden Winkelsignals;

mit einem an der Baggerschaufel (14) angebrachten Neigungssensor (34) zum Erzeugen eines die Neigung der Baggerschaufel (14) darstellenden Neigungssignals;

mit einem am Baggerarm (12) angebrachten Empfänger (24) für eine eine Referenzhöhe (30) festlegende Strahlung, wobei der Empfänger (24) langgestreckt und im wesentlichen vertikal ausgebildet ist und die relative Lage der die Referenzhöhe (30) festlegenden Strahlung gegenüber dem Empfänger (24) ermittelt und ständig ein diese relative Lage darstellendes Lagesignal erzeugt; und

mit einer Auswertungsschaltung (40) , die mit dem Empfänger (24), dem Winkelsensor (26) und dem Neigungssensor (34) verbunden ist und aus dem Winkelsignal, dem Neigungsignal und dem Lagesignal ein die Tiefe der Baggerschaufel (14) gegenüber der Referenzhöhe darstellendes Signal erzeugt.

4. Tiefenmeßvorrichtung (22) für einen Bagger (10) gemäß Anspruch 1,

bei der der Bagger (10) eine Baggerschaufel (14) mit einer Grabkante (18) und einer Schaufelachse (16) und eine obere Baggerarmachse (13) aufweist und das die Tiefe der Grabkante (18) der Baggerschaufel (14) gegenüber der Referenzhöhe (30) darstellende Signal (T) gemäß der folgenden Beziehung erzeugt wird:

T = B-sina + S-cosß,

wobei B der Abstand von der Schaufelachse (16) zu der Referenzhöhe (30) ist, S der Abstand von der Grabkante (18) zu der Schaufelachse (16) ist, &agr; der Winkel zwischen der Verbindungslinie der oberen Baggerarmachse mit der Schaufelachse (14) zu der Vertikalen ist, und ß der Winkel zwischen der Verbindungslinie der Schaufelachse (16) mit der Grabkante (18) zu der Vertikalen ist.

5. Tiefenmeßvorrichtung (22) für einen Bagger (10) gemäß Anspruch 2,

bei der der Bagger (10) eine Baggerschaufel (14) mit einer Schaufelachse (16) und einer Grabkante (18) und eine obere Baggerarmachse (13) aufweist und das die Tiefe der Grabkante (18) gegenüber der Referenzhöhe (30) darstellende Signal (T) gemäß der folgenden Gleichung erzeugt wird:

- 19 -T
= B-cosa + S-cos(a+e),

wobei B der Abstand von der Schaufelachse (16) zu der Referenzhöhe (30) ist, S der Abstand von der Schaufelachse (16) zu der Grabkante (18) ist, &agr; der Winkel zwischen der Verbindungslinie der oberen Baggerarmachse (13) mit der Schaufelächse (16) und der Vertikalen ist, und &thgr; der spitze Winkel zwischen der Verbindungslinie des oberen Baggerarms (13) mit der Schaufelachse (16) und der Verbindungslinie der Schaufelachse (16) mit der Grabkante (18) ist.

6. Tiefenmeßvorrichtung (22) für einen Bagger (10) gemäß Anspruch 3,

bei der der Bagger (10) eine Baggerschaufel (14) mit einer Schaufelachse (16) und einer Grabkante (18) und eine obere Baggerarmachse (13) aufweist und daß das die Tiefe der Grabkante (18) gegenüber der Referenzhöhe (30) darstellende Signal gemäß der folgenden Gleichung erzeugt wird.

T = B-cos(ß-Q) + S-cosß,

wobei B der Abstand zwischen der Schaufelachse (16) und der Referenzhöhe (30) ist, S der Abstand zwischen der Grabkante (18) und der Schaufelachse (16) ist, ß der Winkel zwischen der Verbindungslinie der Schaufelachse (16) mit der Grabkante (18) und der Vertikalen ist und &thgr; der spitze Winkel zwischen der Verbindungslinie der oberen Baggerarmachse (13) mit der Schaufelachse (16) und der Verbindungslinie der Grabkante (18) mit der Schaufelachse (16) ist.

7. Tiefenmeßvorrichtung (22) für einen Bagger (10) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,

bei der der Empfänger (24) eine Mehrzahl von Empfangs-

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einheizten (36) aufweist, die im wesentlichen vertikal übereinander angeordnet sind, und

bei der die Auswertungsschaltung (40) zum Ermitteln derjenigen Empfangseinheit (36) deren Ausgangssignal den Empfang der die Referenzhöhe (30) darstellenden Strahlung anzeigt, ein die Lage dieser Empfangseinheit (36) innerhalb des Empfängers (24) darstellendes Lagesignal erzeugt oder daß der Empfänger (24) selbst ein derartiges Lagesignal erzeugt.

8. Tiefenmeßvorrichtung (22) für einen Bagger (10) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,

bei der die Tiefenmeßvorrichtung allein unter Verwendung eines Äbstandes (D) zwischen einer obersten Empfangseinheit (36o) und einer untersten Empfangseinheit (36u), des Ausgangssignals des ersten Sensors (26), des Ausgangssignals des zweiten Sensors (34) und der Referenzhöhe (30) kalibriert wird.