DE8810670U1

DE8810670U1 - Höhensteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE8810670U1
Application number: DE8810670U
Authority: DE
Original assignee: MOBA-ELECTRONIC GESELLSCHAFT fur MOBIL-AUTOMATION MBH 6254 ELZ DE
Current assignee: MOBA-ELECTRONIC GESELLSCHAFT fur MOBIL-AUTOMATION MBH 6254 ELZ DE
Priority date: 1988-08-24
Filing date: 1988-08-24
Publication date: 1989-01-26
Also published as: US4943119A

Description

Köhensteaerungsvorrichfcung für eine Vorrichtung zu»

Bearbeiten eines im wesentlichen durch eine Ebene

festgelegten Gegenstandes

Beschreibung

Die vorlieqende Neuerung betrifft eine Höhensteuerung für
eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines im wesentlichen durch
eine Ebene festgelegten Gegenstandes mittels eines Bearbeitungswerkzeuges für eine Veränderung der Höhenlage der
Ebene. Insbesondere betrifft die vorliegende Neuerung eine
Höhensteuerung für eins Fräsvorrichtung zum Abfräsen eines
Straßenbelages. *

Eine bekannte Fräsvorrichtung zum Abfräsen eines Straßen- 1

t belages hat einen walzenförmigen Fräskörper, der mit einem j

Drehantrieb versehen ist. Dieser walzenförmige Fräskörper &idiagr;

ist mittels einer Höhensteaerungsvorrichtung an einer I

&igr; Straßenbearbeitungsmaschine angebracht. Der walzenförmige ^E Fräskörper ist in eineja Lagerungsrahmen gelagert. Der L-agerungsrahrnen kann gegenüber einer Straßenbearbeitungsmaschine ; mittels einer Hydraulikverstelleinrichtung angehoben und \ abgesenkt werden, wobei die Höhensteuerungsvorrichtung die { Hydraulikverstelleinrichtung in der Weise ansteuert, daß der J walzenförmige Fräskörper eine bestimmte Schichtdicke der | Straßendecke abträgt. Die bekannte Höhensteuerongsvorrich- | tung ha* einen mechanischen Sensor zur Erfassung der Höhen- | lage des Lagerungsrahmens gegenüber der unbearbeiteten Stra- i ßendecke. Der mechanische Sensor wird bei bekannten Höhensteuerungsvorrichtungen zum Beispiel durch ein höhenbeweglich geführtes Tastrad gebildet. Zwar sind bei neuwertigen
Fräswerkzeugen, also bei einem unverschlissenen walzenförmigen Fräskörper mit dieser bekannten Höhensteuerungsvorrichtung gute Genauigkeiten in der Führung des walzenförmi-

gen Fräskörpers gegenüber der unbearbeiteten Straßendecke in der Weise möglich, daß die von der Straßendecke abgefräste Schichtdicke im wesentlichen konstant bleibt. Es tritt jedocfo im Laufe der Fräsbearbeitung ein Verschleiß des walzenförmigen Fräskörpers auf, aufgrund dessen der tatsächliche FräS;durchmesser des Fräskörpers abnimmt. Diesem Verschleiß kann bei der bekannten Höhensteuerungsvorrichtung nur dadurch Rechnung getragen werden, daß eine von Hand vorzunehmende Nachjustierung des mechanischen Sensors vorgenommen wird. Ein weiteres Problem der bekannten Höhensteuerungsvorrichtung liegt darin, daß der mechanische Sensor zum Abtasten der Straßendecke bei den üblicherweise rauhen Bedingungen im Bereich des Straßenbaus leicht beschädigt werden kann.

Allgemein ist es bekannt, Abstandsmessungen auch mit berührungsfrei arbeitenden, nichtmechanischen Sensoren vorzunehmen. Auch im Baumaschinenbereich werden bereits seit einiger Zeit Ultraschallsensoren eingesetzt. Jedoch ist der Einsatz von Ultraschall-Abstandsmeßeinrichtungen im Bau-Maschinenbereich auf solche Anwendungsfälle beschränkt, bei denen es auf eine hochgenaue Steuerung nicht ankommt. Der Grund für diese Beschränkung des Einsatzbereiches liegt darin, daß die Meßgenauigkeit einer Ultraschall-Abstandsmeßeinirichtung zumindest dann, wenn sie nicht durch relativ aufwendige Maßnahisen mit Kompensationseinrichtungen versehen ist, in starkem Maße abhängt von der Lufttemperatur, von Luftströmungen und der Luftfeuchtigkeit, von der Betriebsspannung, dexa momentanen Luftdruck und ähnlichen EinflußgröiSen. Da die sich aus diesen Einflußgrößen im schlechtestes Fall aufaddierenden prozentualen Gesamt fehler in eine ähnliche Größenordnung kommen wie die einzuhaltende Frästiefe, bezogen auf den Abstand einer Ultraschall-Meßeinrichtung von einer Straßendecke, wurde bislang eine Höhensteuerung für Fräsvorrichtungen zum Abfräsen eines StraSenbelages nur mechanisch realisiert, nicht jedoch mit einer Uitrasehäi!=Eütfernusgssessung*

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Neuerung die Aufgabe zugrunde, eine Höhensteuerungsvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine Xorapensat'ion des Verschleißes des Bearbeitungswerkzeuges erzielt wird, eine hochgenaue Höhenführung des Bearbeitungswerkzeuges erreicht wird und die bei mechanischen Sensoren auftretende Empfindlichkeit gegen Beschädigungen oder Dejustxerungen ausgeräumt wird.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß bei einer Höhensteuerungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Neuerungsgemäß sind zwei Abstandsmeßeinrichtungen vorgesehen, von denen eine einen Abstand bis zu der unbearbeiteten Ebene und die andere einen Abstand bis zu der bearbeiteten Ebene mißt. Eine Auswertevorrichtung ermittelt aus dem Quotienten oder der Differenz der Abstände eine Größe, die die Veränderung der Höhenlage aufgrund der Bearbeitung darstellt und die im Falle des Anwendungsfalles der Fräsvorrichtung als Frästiefe betrachtet werden kann. Eine Steuervorrichtung bewirkt ein Anheben oder Absenken der Bearbeitungsvorrichtung in der Weise, daß diese Größe, die die Veränderung der Höhenlage aufgrund der Bearbeitung darstellt, in Übereinstimmung mit einer Sollgröße gebracht wird. Aufgrund dieser erf indungsgeinäßen Anordnung wird der Verschleiß des Bearbeitungswerkzeuges automatisch kompensiert. Ferner wird im Falle der Quotientenbildung eine vollständige Kompensation der Usagebungsbedlngungen auf die UltraschallmeB-genauigkeit und im Falle der Differenzenbildung eine für praktische Anwendungsfälle ebenfalls ausreichende Kompensation der Einflüsse der Umgebungsbedingungen auf die Ultraschallmessung erreicht. Genauer gesagt wird beispielsweise im Falle der Quotientenbildung jeglicher Einfluß von Lufttemperatur, Luftdruck, Luftströmungen, Luftfeuchtigkeit und

von schwankenden Betriebsspannungen auf die UltraschalllÄUfzeit kompensiert. Aufgrund der gebenüber der Meßentfernung sehr geringen Diffe/renzgröße zwischen dem Abstand zu der unbearbeiteten Ebene und dem Abstand zu der bearbeiteten Ebene genügt auch eine Differenzenbildung für eine Kompensation der Einflüsse.

Daher kann mit der einfachen Anordnung von wenigstens zwei OItraschall-Abstandssaeßeinrieiitungen eine hochgenaue, unemfindliche und einen möglichen Werkzeugverschleiß kompensierende Höhensteuerung erzielt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfi.idung ist eine dritte, einen dritten Ultraschallsendeempfänger aufweisende Abstandsmeßeinrichtug vorgesehen, uai den Abstand von dem dritten Ultraschallsendempfänger zu der unbearbeiteten Ebene des Gegenstandes zu messen. Die dritte Abstandsmeßeinrichtung ist von der ersten Abstandsmeßeinrichtung in einer Richtung senkrecht zur Beabeitungsrichtung beabstandet. Diese Anordnung ermöglicht eine Höhensteuerung des Bearbeitungswerkzeuges, mit der eine Anpassung an eine zu bearbeitende Ebene des Gegenstandes möglich ist, die von der Horizontalen abweicht.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird auch für diese dritte Abstandsmeßeinrichtung durch Quotientenbildung oder Differfnzenbildung mit dem Signal der zweiten Abstandsmeßeinrichtung eine die Veränderung der Höhenlage aufgrund der Bearbeitung anzeigendes Signal erzeugt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Neuerung können diese beiden, die Veränderung der Höhenlage aufgrund der Beabeitung darstellenden Signale jeweils getrennt voneinander mit einem Sollwert für die Veränderung der Höhenlage verglichen werden, wodurch ein erstes und zweites Vergleichssignal erzeugt wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden diese ?■

Vergleichssignale verwendet, um eine an sich bekannte |(

elektrohydraulische Verstellvorrichtung anzusteuern, bei der %

ein elektrisch betätigbares erstes und zweites Hydraulik- |

ventil für die Verstellung von linksseitigen und rechts- j

seitigen Hydraulikverstelleinrichtungen für die beidseitige f Höhenanpassung des Werkzeuges beaufschlagt werden.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden

Neuerung näher erläutert. Es zeigen: |

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht einer FrIs- |

vorrichtung 2um Abfräsen eines StraSenbelages |

mit einer neuerungsgemäßen Höhensteuerungs- \

vorr ichtung; S

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte
Fräsvorrichtung f

Fig. 3 ein Schal tungsdiagraiwn der Höhensteuerungsvorrichtung; und

Fig. 4 ein Schaltungsdiagramnx einer Sendeempfangsschaltung, wie sie in dem Schaltungsdiagramm
gemäß Fig. 3 enthalten ist.

Wie in Fig. 1 zu sehen ist, hat eine Fräsvorrichtung, die in
ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist,
einen Lagerungsrahmen 2, an dem ein walzenförmiger Fräskörper 3 gelagert ist. Der walzenförmige Fräskörper 3 ist um
eine im wesentlichen horizontal verlaufende Drehachse an dem
Lagerungsrahmen 2 drehbar gelagert und wird in Drehrichtung
angetrieben. Der Lagerungsrahmen 2 ist an einer (nicht dargestellten) Straßenbearbeitungsmasehine mittels zweier
Hydraulikzylinder 4, 5 in der Weise verstellbar gelagert,

1 III· ■ · *·

daß sowohl ein Anheben oder Absenken des Lagerangsrahmens 2, als auch eine gewisse winkelmäßige Anstellung des Lagerungsrahmens 2 durch geeignete gegenseitige Verstellung der Hydraulikzylinder 4, 5 so vorgenommen werden kann, daß die Drehachse des walzenförmigen Fräskörpers 3 gegenüber der Horizontalen winkelmäßig angestellt werden kann. Die insoweit beschriebene Fräsvorrichtung 1 mit dem Lagerungsrahmen 2_f den Fräskörper 3 und den Hydraulikzylindern 4, 5 ist an sich im Stand der Technik bekannt, so daß eine detaillierte Beschreibung dieser mechanischen Konfiguration unterbleiben kann. Gleichfalls ist es im Stand der Technik bekannt, die Hydraulikzylinder 4, 5 mittels (nicht dargestellten) Ventilen zur Einstellung der Arbeitehöhe tu betitigen.

file aus Fig. 1 insbesondere in Verbindung mit Fig. 2 zu erkennen ist, sind bei der erfindungsgemüfien Höhensteuerungsvorrichtung für die Fräsvorrichtung 1 ein erster Ultraschall sendeenpfanger 6, ein zweiter Ultraschallsendeetipfanger ? und vorzugsweise zusätzlich ein dritter Ultraschallsendeempfänger 8 derart an dem Lagerungsrahmen 2 der Fräsvorrichtung 1 befestigt, daß der erste und dritte Ultraschal lsendeempf anger 6, 8 außerhalb des Arbeitsbereiches des Fräskörpers 3 in der Heise angeordnet, daß sie den Abstand zu der unbearbeiteten Ebene der Straßendecke durch Ultraschall-Laufzeitmessung erfassen können. Der zweite Ultraschal lsendeempf anger 7 ist hingegen derart angeordnet, daß er durch Ultraschall-Laufzeitmessung den Abstand zu der abgefrästen Straßendecke messen kann.

In Fig. 2 ist zur Verdeutlichung der ungefraste Bereich der Straßendecke mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet und Diagonalrichtung schraffiert, während der gefräste Bereich der Straßendecke mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist und durch eine vertikale Schraffur hervorgehoben ist.

Anstelle der Anordnung des ersten und dritten Ultraschallsendeempfängers 6, 8 rechts und links neben dem Arbeitsbe-

reich des walzenförmigen Fräskörpers 3 ist es gleichfalls möglich, diese Ultraschallsendeempfanger 6, 8 vor dem Fräsarbeitsbereich des walzenförmigen Fräskörpers 3 anzuordnen, wie dies durch die Bezugszeichen 6' und 8* angedeutet ist. Gleichfalls kann der in der Fig. 2 mittig angeordnete zweite Sltraschallsendeempfanger 7 durch zwei getrennte Ultraschal Isendeempf anger 7¹, 7" ersetzt werden, die jeweils nahe des Randes der gefrästen Oberfläche 10 der Straßendecke angeordnet sind. Durch eine derartige Anordnung ist eine unsymmetrische Äbnutzug des walzenförmigen Fräskörpers 3 erfaßbar .

Nachfolgend wird unter Beiagnahsse auf Fig. 3 ein Sei diagramm der erfindungsgemäflen Höhensteuerungsvorrichtung erläutert. Sind die UltraschallSendeempfänger 6» 7*» 7*» 8 über Sendeempfantfsschaltungen 11» 12» 13» 14 und einen Analog/Digital-Handler IS an einen Mikrocomputer 16» 17 angeschlossen» der aus einem handelsüblichen Mikroprozessor des types 8031 und einem Speicher des EPRoM-types besteht. Jede der Sendeempfangsschaltungen 11 bis 14 ist an einen Leistungsoszillaior 19 angeschlossen.

Zum Einstellen eines Sollwertes für die Frästiefe, die dem die Veränderung der Höhenlage aufgrund der Bearbeitung darstellenden Signal entspricht» dient ein Einstellglied 20» das zusammen mit einem weiteren Einstellglied 21 zum Einstellen der Meßempfindlichkeit über einen weiteren Analog/ Digital-Wandler 22 an den Mikrocomputer 16 angeschlossen ist.

f Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 die Bauweise

der Sendeempfangsschaltung 11 erläutert, die identisch mit der Bauweise der Empfangsschaltungen 12 bis 14 übereinstimmt. Die Sendeempfangsschaltung hat einen Anschluß 23 für den Ultraschallsendeempfänger, einen Anschluß 24 für den Leistungsoszillator 19, einen Anschluß 25, der als Steuereingang vom Mikrocomputer 16 dient, und einen ausgangssei-

tigen Anschluß 26, der mit dem Eingang des Analog/Digital-Wandlers 15 verbunden ist. Die Sendeempfangsschaltung hat einen monostabilen Multivibrator 27, ein Tor 28, einen Verstärker 29, eine Gleichrichterstufe 30 sowie eine Meßschaltung 31, die als Integrationsschaltung ausgeführt sein kann. Wenn der Mikrocomputer 16 an den Anschluß 25 einen Steuerpuls anlegt, so wird hierdurch der monostabiie Multivibrator 27 angestoßen. Während der durch den monostabilen Multivibrator festgelegten Signaldauer wird der Verstärker 29 deaktiviert und das Tor 28 geöffnet. In diesem Zustand ist der Leistungsoszillator 19 mit dem betreffenden ültraschall- Sehdeettpfanger verbunden, eo äaS dieser eine ültraschallstrahlung abgibt. Mach der durch den monostabilen riultivibrator 27 festgelegten frulsdauer wird das Tor 28 geschlossen und der Verstärker 29 aktiviert. Die nun eintreffenden fcnpfangspttlse werden durch den Verstärker 29 verstärkt, durch die Gleichrichterstufe 30 gleichgerichtet und in der Meftschaltung 31 vorzugsweise durch Integration analog gemessen .

In Abweichungen von den oben beschriebener. Schaltungen können auch andere, an sich bekannte Schaltungen zur Bestimmung der Ultraschall-Laufzeiten für jeden Ultraachall- »jndeempfanger 6, 7·, 7- und 8 verwendet werden. Die diesbezüglichen Techniken und Sch&xtungen sind dem Fachsaann auf dem Ultraschallmeßgebiet hinreichend bekannt, so daß die Erläuterung von abweichenden Schaltungen unterbleiben kann.

Nach Bestimmung der Ultraschall-Laufzeitdifferenz oder des Ultraschtfll-Laufzeitquotienten der Meßsignale von den Ultrajchallempfängern 6, T bzw. von den Ultraschallempfängern 7", 8 ermittelt der Mikroprozessor aus diesem Quotienten die Frästiefe. In Abweichung hiervon kann auch aus der Differenz der Signale die Frästiefe ermittelt werden. Die rechtsseitige und linksseitige Frästiefe wird jeweils mit einem Sollwert verglichen«, wobei eine vom Sollwert abweichende rrästiefe zu einem Vergleichssignal führt, mit dem der

Mikzocomputer 16 eine Ansteuerung des betreffenden Hydraulikventiles zur Nachführung des betreffenden Hydraulikzylinders 4, S bewirkt. Die elektrohydraulisch© Höhensteuerung der Lagerungsvorrichtung 2 ist an sich bekannt und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.

In Abweichung von dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann die

Höhensteuerung auch mit einem einzigen Ultraschallsensor zum

Messen der Höhe der unbearbeiteten Straßendecke und einem ;

einzigen weiteren Ultraschallsendeempfänger zum Messen der j

Höhe der bearbeiteten, abgefrästen Straßendecke ausgeführt '

werden. ;i

Gleichfalls kann die erfindungsgemäße Höhensteuerungsvor- fj

richtung auch für andere Maschinen zua Bearbeiten der Höhen- i

lage einer Ebene eines Gegenstandes eingesetzt werden. |

Höhenöifferenzst^uerungen sind beispielsweise denkbar bei j§

Maschinen zum Aufbringen von Schichten mit einer bestimmten ä

Schichtdicke, sowie bei Schleif- und Hobelmaschinen 2um Ab- r

nehmen von Schichten mit einer bestimmten Schichtdicke. Für ;|C

den Anwendungsbereich der vorliegenden Neuerung ist es j

allein maßgeblich, daß die Differenz der mit der Ultra- |

schaii-M&äeinrichtung neben des Arbeitsbereich und im i

Arbeitsbereich gemessenen Wegstrecken klein ist gegenüber |

den Wegstrecken selbst. f

Claims

SCHOPPE · SCHMiSZ \ WEBEB V~-

rANWÄLTE

SCHOPPE - SCS-MlZ - VUfcfcfcH - Ludwe-CSangtictsr-Snaee 2O 8022 C3rtxn«ak3 t)a Wkmchen

Ritz Scnoppe

European Paars Anomey

Hans-Werner Schmitz öpi -mg. Drjl -WirtSCTi -!ng. ELTOpean Paffira Anomey

Ch-. Joachim Weber Dr ng Ool mg

Lxjdwig-Ganghofer Straße 2O 8022 Grünwald bei München

Unser Zesöiervoir re*

tikt ftift« tofrichtüflg eittcft ifl «tftftfttliehftft aüteh eine

Ansprüche

1. Höhensteuerungsvorrichtung für eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines im wesentlichen durch eine Ebene festgelegten Gegenstandes mittels eines Bearbeitungswerk zeuges für eine Veränderung der Höhenlage der Ebene, insbesondere für eine Fräsvorrichtung zum Abfräsen eines Straßenbelages,
gekennzeichnet durch,

- eine erste, einen ersten Ultraschallsendeempfänger (6) aufweisende Abstandsrneßeinrichtung zum Bestimmen des Abstandes von dem Ultraschallsendeempfänger zu der unbearbeiteten Ebene (9) des Gegenstandes,

Tetefon (O89) 64 Jp 71. Tefex.i, 214 U&SßWD Tetelax (089) 6 4114 68 Bankverbindung/bankers Hjw f3apk ferim^ärdi Kö'nt6niimmer 2 96O 148 811 (BLZ 700 200 OI)

- eine zweite, einen zweiten Ultraschallsendeempfänger

(7) aufweisende Abstandsmeßeinrichtung zum Bestimmen

&Ggr; ' des Abstandes von dem zweiten UltraschalIsendeempfan

ger zu der bearbeiteten Ebene,

- eine Auswertevorrichtung (16), die an beide Abstandsmeßeinrichtungen angeschlossen ist, um ein erstes, die Veränderung der Höhenlage aufgrund der Bearbeitung

^: darstellendes Signal aus dem Quotienten oder der

Differenz der von der ersten und zweiten AbständsmeS-einrichtung gemessenen Abstände zu ermitteln, und

- eine Steuervorrichtung (16) für das Anheben oder Absenken der Bearbeitungsvorrichtung (2, 3} in der

_r tfeise, das das erste, die Veränderung der Hob*«lag»

aufgrund der Bearbeitung darstellende Signal im wesentlichen einem Sollwert für die Veränderung der Höhenlage aufgrund der Bearbeitung entspricht.
2. Höhensteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet,

daß eine dritte, einen dritten Ultraschallsendeempfanger (8) aufweisende Abstandsmefleinrichtung zum Bestimmen des Abstandes von dem dritten Ultraschallsendeempfänger (8) zu der unbearbeiteten Ebene (9) des Gegenstandes vorge sehen ist, und

daß die erste und die dritte Abstandsmeßeinrichtung von-( einander in einer Richtung senkrecht zur Bearbeitucgs-

richtung der Bearbeitungsvorrichtung (2, 3) beab3tand<st sind.
3. Höhensteuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Auswertevorrichtung 'IS) ferner an die dritte Abstandsmeßeinrichtung angeschlossen ist, um ein rweites, die Veränderung der Höhenlage darstellendes Signal aus dem Quotienten oder der Differenz der von der zweiten und dritten Abstandsmeßeinrichtung gemessenen Abstände zu ermitteln.