DE4243172A1

DE4243172A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Bodenabstandes einer Ultraschalleinrichtung

Info

Publication number: DE4243172A1
Application number: DE19924243172
Authority: DE
Inventors: Herbert Luehs; Franz Karthaus
Original assignee: KLEINE FRANZ MASCHF
Current assignee: KLEINE FRANZ MASCHF
Priority date: 1992-12-19
Filing date: 1992-12-19
Publication date: 1994-06-30

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Bodenabstandes einer einen Sender und einen Empfänger aufweisenden Ultraschalleinrichtung zur Beeinflussung der Wirkhöhe eines Arbeitsgerätes an einer landwirtschaftlichen Maschine, bei dem die Bodenoberfläche mit der Ultraschalleinrichtung abgetastet und dabei entsprechende Signale gewonnen werden. Die Arbeitsgeräte können oberhalb oder unterhalb der Bodenoberfläche arbeiten, so daß unter der Wirkhöhe auch die Wirktiefe verstanden wird. Die Erfindung zeigt gleichzeitig auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung wird insbesondere an einer Rübenerntemaschine angewendet.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art sind aus der DE-OS 34 36 601 im Zusammenhang mit einer Sämaschine bekannt. Die Sämaschine trägt eine Ultraschalleinrichtung mit einem Sender und einem Empfänger, die nebeneinander angeordnet sind. Bei der bekannten Vorrichtung geht es darum, die Ablagetiefe von Saatkörnern auch auf Böden mit sehr vielen auf der Bodenoberfläche liegenden Kluten genau zu bestimmen, so daß ein sicherer Aufgang und ein optimales Wachstum der im Boden abgelegten Saatkörner möglich ist. Hierzu wird vorgeschlagen, im bestimmten Zeit- oder auch in bestimmten Wegintervallen Ultraschallwellen auszusenden, die auf die Bodenoberfläche hin gerichtet sind und von der dortigen Oberflächenstruktur reflektiert werden. Aus den vom Empfänger aufgenommenen Signalen wird ein die auf der Bodenoberfläche liegenden Kluten berücksichtigender, für das Bodenprofil charakteristischer Wert ermittelt, der einem Wert entspricht, den man bei der Abtastung einer ideal eingeebneten Bodenoberfläche erhalten würde. Mit Hilfe eines Mikroprozessors wird ein Mittelwert gebildet, der dann die Arbeitstiefe bestimmt, indem eine Steuereinrichtung von dem Mikroprozessor aus angesteuert wird und in Abhängigkeit davon die Wirktiefe der Säschare bestimmt wird. Die bekannte Vorrichtung erfordert eine aufwendige Auswerteeinheit mit einem Mikroprozessor zur Mittelwertbildung. Je nach der Ausbildung und Beschaffenheit der Kluten an der Bodenoberfläche tritt eine beachtliche Streuwirkung im reflektierten Signal ein, so daß durch entsprechende Verstärkungsmaßnahmen in der Auswerteeinheit ein brauchbares Signal gewonnen werden muß. Die Genauigkeit der Mittelwertbildung ist abhängig von dem verwendeten Zeit- oder Wegsignal. Bei kurzen Intervallen ergeben sich fortlaufend Steuerbewegungen. Bei großen Intervallen wird die Wirkhöhe nur entsprechend ungenau bestimmt.

In der allgemeinen Ultraschalltechnik ist es bekannt, den Sender und den Empfänger, auch als kombinierte Einheit, im Inneren eines Schutzrohres anzuordnen, um lokale Luftturbulenzen z. B. durch Wärmequellen von dem Sender und dem Empfänger fernzuhalten. Eine Fokussierung der Schallkeule mit Hilfe des Schutzrohres ist nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, die keine aufwendige Auswerteeinheit mit Mikroprozessor zum Erreichen eines Mittelwertes benötigt.

Erfindungsgemäß wird dies bei dem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß die von der Bodenoberfläche reflektierten Ultraschallwellen fokussiert dem Empfänger der Ultraschalleinrichtung als gemitteltes Signal zugeführt werden.

Durch die Bodenoberfläche, die je nach Beschaffenheit mehr oder weniger uneben ausgebildet ist, tritt eine unvermeidliche Streuwirkung an den reflektierten Ultraschallwellen ein. Diese reflektierten Ultraschallwellen werden dem Empfänger fokussiert zugeführt. Dabei ergeben sich notwendigerweise unterschiedliche Laufzeiten. Durch die Reflexion ergibt sich die Möglichkeit, das am Empfänger empfangene Signal bereits als gemitteltes Signal mit einer solchen Intensität zu empfangen, die ausreicht, um auf eine aufwendige Auswerteeinheit verzichten zu können. In den unmittelbar entstehenden Mittelwert geht der Grad der Zerkluftung der Bodenoberfläche mit ein. Durch eine kontinuierliche Mittelwerterfassung ist das Arbeitsergebnis unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit. Die Ultraschalleinrichtung arbeitet berührungslos und hat gegenüber Tasträdern, Tastschleifern u. dgl. den Vorteil, daß eine Verstopfung und Verschmutzung der Tasteinrichtung nicht eintritt. Die Messung erfolgt relativ nahe an der Bodenoberfläche. Hieraus resultiert eine hohe Genauigkeit. Die Abhängigkeit von Zeit- oder Wegintervallen ist beseitigt.

Die Fokussierung der von der Bodenoberfläche reflektierten Ultraschallwellen erfolgt vorzugsweise durch Reflexion. Dabei werden glatte und ebene Flächen eingesetzt.

Das gemittelte Signal kann kontinuierlich als Analogsignal ermittelt und in ein elektrisches Signal umgeformt werden, so daß es entweder unmittelbar auf eine Steuerungseinrichtung zur Beeinflussung der Wirkhöhe des Arbeitsgerätes genutzt werden kann. Gegebenenfalls ist eine Signalumformung erforderlich.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß für die Fokussierung der von der Bodenoberfläche reflektierten Ultraschallwellen Reflexionsflächen an der landwirtschaftlichen Maschine vorgesehen sind, die relativ zum Empfänger der Ultraschalleinrichtung angeordnet sind. Es handelt sich dabei um glatte ebene Flächen, die so ausgerichtet und angeordnet sind, daß die beabsichtigte Fokussierwirkung auf den Empfänger der Ultraschalleinrichtung eintritt. Durch diese Reflexionsflächen tritt letztlich nicht nur eine Mittelwertbildung ein, sondern das am Empfänger entstehende Signal erhält auch eine brauchbare Intensität.

Vorzugsweise sind die Reflexionsflächen im Bereich zwischen dem Empfänger und der Bodenoberfläche vorgesehen, um die Bandbreite der unterschiedlichen Laufzeiten möglichst klein zu halten und damit zu einer ausgeprägten Mittelwertbildung beizutragen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Reflexionsfläche an einem Reflexionsrohr vorgesehen sind, welches zumindest den Empfänger der Ultraschalleinrichtung umgibt und auf die Bodenoberfläche gerichtet ist. Dieses Rohr mit seiner ebenen inneren Oberfläche dient in erster Linie der Reflexion und Fokussierung der reflektierten Ultraschallwellen. Daneben stellt es auch einen mechanischen Schutz vor Verschmutzung und gegenüber äußeren Einflüssen zumindest für den Empfänger dar. Das Reflexionsrohr mit der Ultraschalleinrichtung stellt eine relativ kleinbauende Einheit dar, die sich leicht und ohne Störung für die Anordnung der Arbeitsgeräte an einer landwirtschaftlichen Maschine unterbringen läßt.

Die Ultraschalleinrichtung kann eine Sender/Empfänger- Einheit aufweisen, die konzentrisch in dem Reflexionsrohr angeordnet ist. Diese Rohrform wird sich im allgemeinen anbieten, wobei der Sender und der Empfänger dann nicht nebeneinander angeordnet sind, sondern konzentrisch zur Achse des Reflexionsrohres untergebracht sind.

Das Reflexionsrohr kann vorzugsweise kreisrunden Querschnitt aufweisen, einen größeren Innendurchmesser als die Schallkeule des Sender aufweisen und in Richtung auf die Bodenoberfläche einem etwa dem Dreifachen des Innendurchmessers entsprechende Länge besitzen. Die Schallkeule des Senders wird durch das Reflexionsrohr nicht beeinflußt. Die beachtliche Länge des Reflexionsrohres dient der Gewinnung eines möglichst intensiven Signals, auch unter Ausnutzung von Mehrfachreflexionen. Das angegebene Verhältnis zwischen Innendurchmesser und Länge hat sich als besonders brauchbar erwiesen.

Die Sender/Empfänger-Einheit ist etwa 40 cm über der Bodenoberfläche angeordnet, und das nach unten gerichtete freie Ende des Reflexionsrohres weist von der Bodenoberfläche einen Abstand von etwa 12 cm auf. Damit werden überraschenderweise sehr gute Arbeitsergebnisse erzielt. Das Reflexionsrohr kann dabei einen Innendurchmesser von etwa 10 cm aufweisen.

Die Erfindung wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen weiter erläutert und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Rübenerntemaschine in schematisierter Seitenansicht mit der Ultraschalleinrichtung,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch die Ultraschalleinrichtung und

Fig. 3 die Verdeutlichung der geometrischen Verhältnisse an der Ultraschalleinrichtung.

Die in Fig. 1 angedeutete Rübenerntemaschine ist hinsichtlich der Anordnung ihrer Arbeitsgeräte an sich bekannt. Auf einem Maschinenrahmen 1 ist in Fahrtrichtung gemäß Pfeil 2 vorn eine Einrichtung zur Behandlung des Rübenblattes vorgesehen, die einen nur angedeuteten Häcksler 3, eine Putzer 4 und ein Köpfmesser 5 aufweist. Entgegen der Fahrtrichtung schließen sich Rodeschare 6, Siebsterne 7 sowie nicht näher dargestellte Einrichtungen an, die zum Überführen der gerodeten Rüben in einen Bunker 8 dienen. Der Maschinenraum 1, der die Arbeitsgeräte 3, 4, 5, 6 trägt, ist an einer Vertikalführung 9 aufgehängt und über eine Steuereinrichtung 10, die als Hydrozylinder ausgebildet sein kann, höhenveränderlich gelagert, so daß damit die Wirkhöhe der Arbeitsgeräte veränderlich ist. Die relative Wirkhöhe der einzelnen Arbeitsgeräte untereinander kann durch besondere Maßnahmen eingestellt bzw. verstellt werden.

Zur Ermittlung der relativen Wirkhöhe der Arbeitsgeräte zur Bodenoberfläche 11 ist eine Ultraschalleinrichtung 12 vorgesehen, die eine Sender/Empfänger-Einheit 13 aufweist, die in einem Reflexionsrohr 14 gelagert ist. Das Reflexionsrohr 14 weist auf seiner Innenseite eine glatte und ebene Reflexionsfläche 15 (Fig. 2). Die von dem Sender der Ultraschalleinrichtung 12 ausgesandten Ultraschallwellen sind in Fig. 2 durch die durchgezogenen Begrenzungslinien der Schallkeule 16 verdeutlicht. Die von der Bodenoberfläche 11 reflektierten Ultraschallwellen 17 sind zur Verdeutlichung gestrichelt dargestellt und werden durch Reflexion in dem Reflexionsrohr 14 fokussiert auf den Empfänger der Ultraschalleinrichtung 12 zurückgeworfen. Einige der von dem Sender ausgesandten Ultraschallwellen werden infolge der zerklüfteten Bodenoberfläche 11 auch so reflektiert, daß sie nicht nutzbar sind. Durch die mit Hilfe des Reflexionsrohres 14 herbeigeführte Fokussierung der reflektierten Ultraschallwellen 17 entsteht jedoch ein ausgeprägtes Signal im Sinne einer Mittelwertbildung, welches unmittelbar oder unter Zwischenschaltung einer Verarbeite- und Auswerteeinheit (nicht dargestellt) der Steuereinrichtung 10 für die Einsteuerung bzw. Nachsteuerung der Wirkhöhe des Arbeitsgerätes dienen kann. Es versteht sich, daß die Steuereinrichtung 10 oder eine dazwischengeschaltete Verarbeitungseinrichtung für die Signale die Einstellung einer Grundwirkhöhe ermöglicht, die dann je nach dem Verlauf der Bodenoberfläche 11 nachgesteuert wird.

Wichtig sind die geometrischen Verhältnisse an dem Reflexionsrohr 14, wie dies in Fig. 3 verdeutlicht ist. Das Reflexionsrohr 14 weist eine Länge 18 von etwa 30 cm auf und besitzt einen Innendurchmesser 19 von etwa 10 cm. Die Sender/Empfänger-Einheit 13 ist im Inneren des Reflexionsrohres 14 so angeordnet, daß der Bodenabstand 20 etwa 40 cm beträgt. Der Abstand 21 des nach unten gerichteten freien Endes des Reflexionsrohres 14 von der Bodenoberfläche 11 beträgt etwa 12 cm.

Bezugszeichenliste

1 Maschinenrahmen
2 Pfeil
3 Häcksler
4 Putzer
5 Köpfmesser
6 Rodeschaare
7 Siebsterne
8 Bunker
9 Vertikalführung
10 Steuereinrichtung
11 Bodenoberfläche
12 Ultraschalleinrichtung
13 Sender/Empfänger-Einheit
14 Reflexionsrohr
15 Reflexionsfläche
16 Schallkeule
17 Ultraschallwellen
18 Länge
19 Innendurchmesser
20 Bodenabstand
21 Abstand

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Bodenabstandes einer einen Sender und einen Empfänger aufweisenden Ultraschalleinrichtung (12) zur Beeinflussung der Wirkhöhe eines Arbeitsgerätes (3, 4, 5, 6) an einer landwirtschaftlichen Maschine, bei dem die Bodenoberfläche (11) mit der Ultraschalleinrichtung (12) abgetastet und dabei entsprechende Signale gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Bodenoberfläche (11) reflektierten Ultraschallwellen (17) fokussiert dem Empfänger der Ultraschalleinrichtung (12) als gemitteltes Signal zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierung der von der Bodenoberfläche (11) reflektierten Ultraschallwellen (17) durch Reflexion erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gemittelte Signal als Analogsignal kontinuierlich ermittelt und in ein elektrisches Signal umgeformt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Ultraschalleinrichtung (12) auf der das Arbeitsgerät (3, 4, 5, 6) tragenden landwirtschaftlichen Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß für die Fokussierung der von der Bodenoberfläche (11) reflektierten Ultraschallwellen (17) Reflexionsflächen (15) an der landwirtschaftlichen Maschine vorgesehen sind, die relativ zum Empfänger der Ultraschalleinrichtung (12) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsflächen (15) im Bereich zwischen dem Empfänger und der Bodenoberfläche (11) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsflächen (15) an einem Reflexionsrohr (14) vorgesehen sind, welches zumindest den Empfänger der Ultraschalleinrichtung (12) umgibt und auf die Bodenoberfläche gerichtet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschalleinrichtung (12) eine Sender/Empfänger- Einheit (13) aufweist, die konzentrisch in dem Reflexionsrohr (14) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsrohr (14) kreisrunden Querschnitt aufweist, einen größeren Innendurchmesser (19) als die Schallkeule (16) des Senders aufweist und in Richtung auf die Bodenoberfläche (11) eine etwa dem Dreifachen des Innendurchmessers entsprechende Länge (18) besitzt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender/Empfänger-Einheit (13) etwa 40 cm über der Bodenoberfläche (11) angeordnet ist und das nach unten gerichtete freie Ende des Reflexionsrohres (14) einen Abstand (21) von der Bodenoberfläche (11) von etwa 12 cm aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsrohr (14) einen Innendurchmesser (19) von etwa 10 cm aufweist.