ES2317958T3 - Dispositivo de regulacion de altura por laser para una maquina de construccion. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de regulación por láser para una máquina (2; 200) de construcción para ajustar la altura de una herramienta (8; 206) de trabajo ajustable en altura, con un primer cabezal (80) de medición láser, un segundo cabezal (82) de medición láser y un tercer cabezal (84) de medición láser, que están dispuestos en la máquina (2; 200) de construcción, estando dispuestos el primer cabezal (80) de medición láser y el segundo cabezal (82) de medición láser con un primer ángulo (70) entre sí, estando dispuestos el primer cabezal (80) de medición láser y el tercer cabezal (84) de medición láser con un segundo ángulo (72) entre sí, estando seleccionados el primer ángulo (70) y el segundo ángulo (72) de tal modo que un primer punto (50) de medición del primer cabezal (80) de medición láser, un segundo punto (52) de medición del segundo cabezal (82) de medición láser y un tercer punto (54) de medición del tercer cabezal (84) de medición láser están separados entre sí sobre una superficie (60) de referencia, estando situados el primer punto (50) de medición, el segundo punto (52) de medición y el tercer punto (54) de medición esencialmente en la dirección de movimiento de la máquina (2; 200) de construcción uno detrás de otro; y un dispositivo (120) de evaluación que, en función de señales de salida del primer cabezal (80) de medición láser, del segundo cabezal (82) de medición láser y del tercer cabezal (84) de medición láser, determina una primera separación del primer cabezal (80) de medición láser con respecto a la superficie (60) de referencia, una segunda separación del segundo cabezal (82) de medición láser con respecto a la superficie (60) de referencia y una tercera separación del tercer cabezal (84) de medición láser con respecto a la superficie (60) de referencia, a partir de las separaciones determinadas y la disposición geométrica conocida del primer cabezal (80) de medición láser, del segundo cabezal (82) de medición láser y del tercer cabezal (84) de medición láser con respecto a la herramienta (8; 206) de trabajo, calcula la altura de la herramienta de trabajo con respecto al plano (60) de referencia y, en función de la altura calculada y una altura deseada, genera una señal de control de altura para la herramienta (8; 206) de trabajo.
Description
Dispositivo de regulación de altura por láser
para una máquina de construcción.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de regulación por láser para una máquina de construcción
para ajustar la altura de una herramienta de trabajo ajustable en
altura.
En el sector de la construcción y especialmente
en las obras de infraestructura se utilizan diferentes máquinas de
construcción para trabajar o crear superficies grandes de modo que
presenten un perfil deseado, en la mayoría de los casos casi plano.
En la construcción de carreteras se trata por ejemplo de una
pavimentadora, una fresadora de pavimento en frío, una
motoniveladora entre otras cosas. Las máquinas de construcción
utilizan dispositivos de regulación mecánicos o electrónicos para
facilitar una creación rápida, económica y de alta calidad de una
superficie con un perfil deseado. La problemática asociada con ello
se explica a continuación brevemente mediante una pavimentadora y
una fresadora en frío.
En general una pavimentadora se desplaza con un
tren de rodadura tipo oruga sobre una subbase preparada sobre el
que va a aplicarse un firme de carretera que va a fabricarse o un
revestimiento de carretera que va a fabricarse. En la dirección de
desplazamiento en la parte trasera en la pavimentadora está prevista
una guía ajustable en altura, en cuyo lado anterior está acumulada
una reserva del material de revestimiento de carretera que se
distribuye y se controla mediante un dispositivo de transporte que
se encarga de que en el lado anterior de la guía siempre se
mantenga almacenada una cantidad suficiente pero no demasiado grande
de material de revestimiento de carretera. La altura del borde
posterior de la guía con respecto a la superficie de la subbase
preparada, que dado el caso también puede estar formada por un firme
de revestimiento de carretera antiguo, viene establecida por el
grosor del firme de carretera fabricado antes de su posterior
endurecimiento por deformación adicional mediante rodillos. La guía
está sujeta a un brazo de tracción que está alojado de manera móvil
en altura alrededor de un punto de tracción dispuesto en la zona
central de la pavimentadora, pudiendo ajustarse la altura de la
guía a través de un sistema hidráulico.
En pavimentadoras conocidas, para el control de
la altura de la guía que establece el grosor del revestimiento de
carretera que va a fabricarse, se recurre por ejemplo a un
dispositivo de exploración mecánico que se guía al lado de la
pavimentadora a lo largo de una superficie de referencia. De manera
correspondiente a una altura de un esquí de exploración, registrada
mediante un dispositivo de evaluación, se reajusta la guía con
respecto a su altura.
El plano de referencia a lo largo del que se
guía el esquí de exploración depende de la etapa de trabajo
momentánea. Normalmente el ancho de trabajo de una pavimentadora es
menor que el ancho del firme de carretera que va a fabricarse. Para
establecer el nivel de altura del firme de carretera que va a
fabricarse se utiliza habitualmente un cable de acero tensado como
altura de referencia para un primer carril que va a fabricarse del
firme de carretera total. Al colocar el segundo carril, que debe
continuarse sin desplazamiento de altura junto al primer carril, el
esquí de exploración se guía sobre el primer carril que acaba de
fabricarse, que forma entonces la superficie de referencia. Así es
posible, en el caso de las pavimentadoras conocidas, recurrir como
plano de referencia mediante el uso de un esquí de exploración a
diferentes objetos, tales como por ejemplo el cable de referencia
tensado o el carril que acaba de fabricarse del firme de
carretera.
Sin embargo este tipo conocido de regulación de
altura de la guía tiene algunas desventajas determinadas por el
sistema. Si por ejemplo se utiliza un carril fabricado del firme de
carretera como plano de referencia para el guiado del esquí de
exploración en la fabricación del segundo carril y si el primer
carril tiene una cierta ondulación no deseada, entonces se
construye necesariamente también el segundo carril con
irregularidades que corresponden a una proyección de las
irregularidades del firme de carretera en la zona explorada por el
esquí de exploración.
La exploración mecánica mediante un esquí de
exploración sigue necesariamente una especie de curva de envolvente
por los puntos más altos en cada caso de la superficie de
referencia. Si ahora sobre la superficie de referencia se sitúa por
ejemplo un obstáculo no deseado en forma de una piedra, entonces la
desviación no deseada del esquí de exploración provocada por esta
imperfección lleva a una irregularidad de altura correspondiente del
carril fabricado del firme de carretera. Otro problema consiste en
la sensibilidad mecánica del esquí de exploración que no sólo puede
dañarse fácilmente por un descuido por parte del personal operativo,
sino que también se desgasta rápidamente durante el funcionamiento
habitual.
Por la patente estadounidense 4.961.173 del
solicitante ya se conoce un sensor de control para una máquina de
construcción para generar señales de control de altura y señales de
control de dirección mediante exploración de un cable de referencia
o cable de guiado. El sensor de control conocido dispone de una
pluralidad de transceptores de ultrasonido dispuestos de manera
transversal a la dirección de movimiento de la máquina de
construcción, que están situados de manera adyacente entre sí de
tal modo que sus lóbulos de radiación se solapan en el plano de
medición en el que se sitúa el cable de guiado o cable de
referencia.
El documento EP 0542297 B1 describe un
dispositivo de regulación alternativo en el que al menos tres
sensores de ultrasonido están colocados en la guía esencialmente en
la dirección de movimiento de la pavimentadora y separados entre sí
y en el que un dispositivo de evaluación utiliza las señales de
separación de los sensores de ultrasonido para generar una señal de
control de altura para el ajuste de la guía. Este principio permite
entre otras cosas un cálculo del valor medio de la superficie en la
dirección de desplazamiento y lleva en la práctica a resultados
satisfactorios. Sin embargo también tiene algunas desventajas
prácticas decisivas. Puesto que los sensores deben estar dispuestos
perpendicularmente sobre los respectivos puntos de medición en el
suelo, debe establecerse sobre el tramo en el que va a calcularse el
valor medio una construcción estable para mantener los sensores en
posición. También deben montarse los sensores de ultrasonido lo más
cerca posible (aproximadamente 30 cm) de la superficie de
referencia para proporcionar una buena precisión. Las desventajas
de este dispositivo de regulación por ultrasonido son el elevado
despliegue constructivo, la obstaculización de los obreros en las
actividades en o cerca de la máquina de construcción y el riesgo de
daño mecánico de los sensores y la construcción que los soporta en
los rigurosos trabajos de construcción.
El documento EP 0547378 B1 describe un
dispositivo de regulación por ultrasonido para una fresadora
desplazable. Un dispositivo de evaluación utiliza las señales de al
menos tres sensores de ultrasonido para generar, en función de una
profundidad de fresado deseada ajustable, señales de activación para
los dispositivos de ajuste de altura del tren de rodadura. Este
dispositivo tiene las mismas desventajas descritas anteriormente en
conexión con la pavimentadora.
El documento WO 99/64681 A1 describe un
dispositivo de regulación basado en láser para una pavimentadora.
Un láser explora el perfil de la superficie no trabajada antes de la
aplicación del material de revestimiento de carretera y de la
superficie del material de revestimiento de carretera que acaba de
colocarse a lo largo de un plano a lo largo de la dirección de
movimiento de la pavimentadora y perpendicularmente a la superficie
de carretera en una pluralidad de puntos de medición. A partir de
los datos de perfil así obtenidos, un dispositivo de evaluación
genera a su vez una señal de control para controlar la guía de la
pavimentadora. Una desventaja de este sistema consiste en la
mecánica relativamente complicada y sensible del escáner láser
utilizado.
El documento DE 3827617 A1 describe un sensor de
exploración que posibilita una identificación de plano teórico a
modo de riel para lo que sirven por ejemplo bordillos. Una
separación preajustable de este modo puede servir para seguir el
aparato de trabajo en una altura de nivel deseada con respecto al
plano de referencia así formado y orientarlo de manera automática.
El sensor de exploración puede basarse en el uso de ultrasonido, un
haz láser u otros sistemas de exploración ópticos.
El objetivo de la presente invención consiste en
crear un dispositivo de regulación más sencillo desde el punto de
vista constructivo, mecánicamente más robusto y de fácil manejo en
los trabajos de construcción para una máquina de construcción para
ajustar la altura de una herramienta de trabajo ajustable en
altura.
Este objetivo se soluciona mediante un
dispositivo de regulación por láser según la reivindicación 1 de
patente.
La presente invención crea un dispositivo de
regulación por láser para una máquina de construcción para ajustar
la altura de una herramienta de trabajo ajustable en altura que
presenta un primer cabezal de medición láser, un segundo cabezal de
medición láser y un tercer cabezal de medición láser que están
dispuestos en la máquina de construcción, estando dispuestos el
primer cabezal de medición láser y el segundo cabezal de medición
láser con un primer ángulo entre sí, estando dispuestos el primer
cabezal de medición láser y el tercer cabezal de medición láser con
un segundo ángulo entre sí, estando seleccionados el primer ángulo y
el segundo ángulo de tal modo que un primer punto de medición del
primer cabezal de medición láser, un segundo punto de medición del
segundo cabezal de medición láser y un tercer punto de medición del
tercer cabezal de medición láser están separados entre sí sobre una
superficie de referencia, estando situados el primer punto de
medición, el segundo punto de medición y el tercer punto de
medición uno detrás de otro esencialmente en la dirección de
movimiento de la máquina de construcción. El dispositivo de
regulación por láser presenta además un dispositivo de evaluación
que, en función de señales de salida del primer cabezal de medición
láser, del segundo cabezal de medición láser y del tercer cabezal
de medición láser, determina una primera separación del primer
cabezal de medición láser con respecto a la superficie de
referencia, una segunda separación del segundo cabezal de medición
láser con respecto a la superficie de referencia y una tercera
separación del tercer cabezal de medición láser con respecto a la
superficie de referencia, calcula basándose en las separaciones
determinadas y la disposición geométrica conocida del primer
cabezal de medición láser, del segundo cabezal de medición láser y
del tercer cabezal de medición láser con respecto a la herramienta
de trabajo la altura de la herramienta de trabajo con respecto al
plano de referencia y en función de la altura calculada y una altura
deseada genera una señal de control de altura para la herramienta
de trabajo.
Una ventaja del dispositivo de regulación según
la invención consiste en que la disposición de los cabezales de
medición láser y la disposición de los puntos de medición sobre una
superficie de referencia son esencialmente independientes entre sí.
Por tanto por un lado pueden colocarse los cabezales de medición
láser en un lugar en el que no supongan un obstáculo para obras u
obreros en o dentro del entorno de la máquina de construcción e
incluso están protegidos frente a un daño, por ejemplo a una altura
de varios metros. Por otro lado la posición de los puntos de
medición sobre la superficie de referencia puede adaptarse de manera
ampliamente libre a los requisitos prácticos.
El uso de tres cabezales de medición láser
posibilita una mejora de las propiedades de regulación del
dispositivo de regulación por láser, identificando mediante un
control de plausibilidad sencillo artefactos que por ejemplo pueden
deberse a objetos sobre u orificios en la superficie de referencia y
que no influyen en la regulación de la herramienta, así como
compensando dado el caso mediante un cálculo del valor medio una
ondulación de la superficie de referencia.
Un ejemplo de realización preferido del
dispositivo de regulación por láser según la invención comprende
además un cuarto cabezal de medición láser y un quinto cabezal de
medición láser que están dispuestos en la máquina de construcción
con un tercer ángulo o con un cuarto ángulo con respecto al primer
cabezal de medición láser, estando seleccionados el tercer ángulo y
el cuarto ángulo de tal modo que el primer punto de medición, el
segundo punto de medición, el tercer punto de medición, un cuarto
punto de medición del cuarto cabezal de medición láser y un quinto
punto de medición del quinto cabezal de medición láser están
separados entre sí sobre la superficie de referencia, y que los
puntos de medición están situados uno detrás de otro esencialmente
en la dirección de movimiento de la máquina de construcción,
calculando el dispositivo de evaluación la altura de la herramienta
de trabajo además en función de una cuarta separación del cuarto
cabezal de medición láser con respecto a la superficie de
referencia, de una quinta separación del quinto cabezal de medición
láser con respecto a la superficie de referencia y la disposición
geométrica conocida del cuarto cabezal de medición láser y del
quinto cabezal de medición láser con respecto a la herramienta de
trabajo.
Preferiblemente el dispositivo de regulación por
láser determina las diferencias en cada caso de dos separaciones y
clasifica como válidas aquellas separaciones cuyo valor de de
diferencia es inferior a un valor límite, o rechaza como no válida
una de las separaciones determinadas y no recurre a la misma para
generar la señal de control de altura cuando la separación en
cuestión se sitúa fuera de un intervalo previamente establecido. El
intervalo previamente establecido puede estar establecido mediante
una distancia predeterminada por encima/por debajo de un plano,
estando establecido el plano mediante las separaciones
restantes.
Preferiblemente el dispositivo de evaluación
calcula el valor medio de las separaciones determinadas y dado el
caso no rechazadas.
Preferiblemente los cabezales de medición láser
están dispuestos adyacentes entre sí con proximidad espacial, uno
detrás de otro esencialmente en la dirección de movimiento y
esencialmente con las mismas separaciones con respecto a la
herramienta de trabajo. En este caso todo el dispositivo de
regulación por láser puede estar dispuesto en una carcasa compacta,
de modo que no es necesaria una conexión mecánica o eléctrica a
sensores dispuestos de manera remota. De este modo se evitan
desventajas en conexión con líneas de señales interrumpidas o
dañadas que aparecen en el caso de máquinas de construcción
conocidas debido a la disposición necesaria de los sensores de
ultrasonido.
Una ventaja del dispositivo de regulación por
láser según la invención consiste en que no contiene piezas móviles
o movidas, de modo que el mismo es especialmente robusto, poco
susceptible a fallos y no es complicado con respecto a la
construcción, fabricación, montaje y mantenimiento. La robustez
especial es muy importante sobre todo en las condiciones en una
máquina de construcción (vibraciones, un intervalo de temperaturas
de trabajo muy elevado, humedad, etc.).
El dispositivo de regulación por láser según la
invención está colocado por ejemplo en una pavimentadora o en una
fresadora de pavimento en frío.
Preferiblemente uno de los cabezales de medición
láser está alineado con el punto de medición correspondiente y la
herramienta de trabajo.
Ejemplos de realización preferidos del
dispositivo de regulación por láser según la invención se explican
a continuación más en detalle haciendo referencia a los dibujos
adjuntos. Muestran:
la figura 1, una pavimentadora con el
dispositivo de regulación por láser según la invención según un
primer ejemplo de realización;
la figura 2, una vista esquemática desde arriba
de la pavimentadora de la figura 1;
la figura 3, un diagrama de bloques del
dispositivo de regulación por láser según la invención según un
segundo ejemplo de realización; y
la figura 4, una fresadora de pavimento en frío
con el dispositivo de regulación por láser según el primer ejemplo
de realización.
\vskip1.000000\baselineskip
En la figura 1 se muestra una pavimentadora 2
con un tren 4 de rodadura tipo oruga sobre una subbase 6 preparada.
En el extremo posterior en la dirección de desplazamiento de la
pavimentadora 2 está dispuesta una guía 8 ajustable en altura que
está colocada mediante un brazo 10 de tracción en un punto 12 de
tracción en la pavimentadora 2. Por delante de la guía 8 se
encuentra una reserva 14 de material de revestimiento de carretera
que se mantiene constante mediante una regulación correspondiente,
conocida en sí misma, del número de revoluciones de un dispositivo
16 de transporte a modo de tornillo sin fin esencialmente por todo
el intervalo de anchura de la guía 8.
La guía 8 flota sobre el material de
revestimiento de carretera de un firme 18 de carretera que va a
fabricarse. El grosor del firme 18 de carretera que va a fabricarse
antes de su endurecimiento por deformación final mediante rodillos
apisonadores se realiza mediante una regulación de la posición en
altura del borde 20 posterior de la guía 8. Esta regulación de
altura se produce mediante la modificación del ángulo de incidencia
de la guía 8 y se realiza normalmente mediante la activación de
cilindros de ajuste que se enganchan en los extremos anteriores de
los brazos 10 de tracción.
La pavimentadora 2 descrita en este sentido
coincide con pavimentadoras según el estado de la técnica, de modo
que considerando el conocimiento del experto en la técnica en el
presente campo puede prescindirse a una descripción detallada.
La pavimentadora 2 presenta un dispositivo de
regulación por láser según la presente invención que está colocado
en una carcasa 30 a través de un soporte 32 en el brazo 10 de
tracción. El dispositivo de regulación por láser comprende en el
ejemplo de realización mostrado tres cabezales de medición láser no
mostrados en la figura 1 que dirigen tres haces 40, 42, 44 láser
sobre tres puntos 50, 52 y 54 de medición sobre una superficie 60
de comparación o referencia al lado de, por delante y/o por detrás
de la pavimentadora. A este respecto el cabezal de medición láser
central está dispuesto verticalmente sobre el borde 20 posterior de
la guía 8 de modo que el punto 52 de medición correspondiente se
sitúa sobre la recta del borde 20 posterior de la guía 8. El primer
haz 40 láser y el segundo haz 42 láser forman un primer ángulo 70,
el primer haz 40 láser y el tercer haz 44 láser forman un segundo
ángulo 72. La superficie de referencia puede estar formada por
ejemplo por un carril antiguo o uno nuevo ya fabricado del firme
del carril, por un arcén ya fabricado de la carretera u otra
superficie adecuada.
La figura 2 muestra una vista esquemática desde
arriba de la pavimentadora 2 de la figura 1. Los haces 40, 42 ó 44
láser de los cabezales de medición láser no mostrados en la carcasa
30 están dirigidos sobre puntos 50, 52 ó 54 de medición. El primer
punto 50 de medición y el segundo punto 52 de medición están
situados sobre una superficie 60 de referencia que está situada en
el borde de la subbase 6 preparada que, durante el movimiento de la
pavimentadota, en la imagen hacia la derecha, se dota de un firme 18
de carretera. El tercer punto 54 de medición está situado en el
borde del firme 18 de carretera fabricada y junto con el primer
punto 50 de medición y el segundo punto 52 de medición sobre una
recta. El uso de varios haces 40, 42, 44 láser de varios cabezales
de medición láser posibilita una disposición de los puntos 50, 52,
54 de medición flexible y adaptada a las condiciones y requisitos
del respectivo campo de aplicación.
En la figura 3 se muestra un ejemplo de
realización del dispositivo de regulación por láser que, a
diferencia del ejemplo de realización mostrado en la figura 1,
comprende cinco cabezales 80, 82, 84, 86, 88 de medición láser con
en cada caso una lente 90, 92, 94, 96 ó 98 funcionalmente
correspondiente. Los cabezales 80, 82, 84, 86, 88 de medición láser
emiten haces 40, 42, 44, 106, 107 láser que están dirigidos sobre
puntos 50, 52, 54, 56, 108, 109 de medición. El dispositivo de
regulación por láser comprende además un número de conexiones 110,
112, 114, 116, 118 emisoras-receptoras que
corresponde al número de cabezales 80, 82, 84, 86, 88 de medición
láser. Estas conexiones 110, 112, 114, 116, 118
emisoras-receptoras están conectadas eléctricamente
a través de señales en cada caso con uno de los cabezales 80, 82,
84, 86, 88 de medición láser. Las conexiones 110, 112, 114, 116,
118 emisoras-receptoras están conectadas además
eléctricamente a través de señales con un dispositivo 120 de
evaluación, que por ejemplo puede presentar un microordenador. Tal
como se muestra en la figura 3, cada una de las conexiones
emisoras-receptoras está conectada a través de dos
líneas de señales con el dispositivo de evaluación, enviándose
señales a través de una línea a la conexión
emisora-receptora y recibiéndose señales a través
de la otra línea desde la conexión
emisora-receptora, tal como se muestra en la figura
3 mediante las flechas asociadas a las líneas. El dispositivo 120
de evaluación está conectado a través de una interfaz 122 y un
primer enlace 124 con un dispositivo no representado para activar
los cilindros de ajuste anteriormente mencionados que se enganchan
con los extremos anteriores de los brazos 10 de tracción para
influir en la posición en altura del borde 20 posterior de la guía
8 y de este modo en el grosor del firme 18 de carretera que va a
fabricarse. La unión entre el dispositivo 120 de evaluación y la
interfaz 122 se muestra en la figura 3 esquemáticamente mediante la
flecha 125. Además el dispositivo 120 de evaluación está unido a
través de un segundo enlace 126 con un dispositivo no representado
en el que un usuario puede ajustar un valor deseado para el ajuste
de altura de la guía. A través de un enlace no representado los
elementos constructivos del dispositivo de regulación por láser se
alimentan mediante una fuente de potencia no representada con
potencia
eléctrica.
eléctrica.
Cada cabezal 80, 82, 84, 86 u 88 de medición
láser puede estar integrado con la conexión 110, 112, 114, 116 ó
118 emisora-receptora correspondiente en cada caso
en un elemento constructivo (tal como se representa) y/o con la
lente 90, 92, 94, 96 ó 98 correspondiente en cada caso. La conexión
110, 112, 114, 116 ó 118 emisora-receptora, el
cabezal 80, 82, 84, 86 u 88 de medición láser y la lente 90, 92, 94,
96 ó 98 actúan conjuntamente para determinar mediante el cabezal
80, 82, 84, 86 u 88 de medición láser, a partir del tiempo de
propagación del haz 40, 42, 44, 106 ó 107 láser desde el momento de
su emisión por el cabezal 80, 82, 84, 86 u 88 de medición láser
hasta el momento de la recepción de la luz láser reflejada por la
superficie 60 de referencia en el punto 50, 52, 54, 108 ó 109 de
medición, la distancia del cabezal 80, 82, 84, 86 u 88 de medición
láser con respecto al respectivo punto 50, 52, 54, 108 ó 109 de
medición sobre la superficie 60 de referencia y enviar una señal
eléctrica que corresponde a esta distancia al dispositivo 120 de
evaluación. El dispositivo 120 de evaluación calcula, a partir de
la distancia así determinada del cabezal 80, 82, 84, 86 u 88 de
medición láser y a partir de su disposición geométrica conocida, su
separación con respecto a la superficie 60 de referencia.
La subdivisión de funcionalidades representada
en la figura 3 dentro del dispositivo de regulación de altura por
láser sólo representa un ejemplo de realización y puede variarse,
por ejemplo integrando diferentes elementos constructivos
representados juntos en un elemento constructivo. Además el
dispositivo de regulación de altura por láser puede presentar
interfaces adicionales no representadas para intercambiar datos con
otros aparatos, por ejemplo otros dispositivos de control y
regulación de la máquina 2 de construcción, con un ordenador central
de la máquina 2 de construcción o con un ordenador externo para la
ejecución de un diagnóstico de fallos.
En función de la respectiva aplicación especial
del dispositivo de regulación por láser y las condiciones y
circunstancias asociadas a ello, los cabezales 80, 82, 84, 86, 88 de
medición láser o los haces 40, 42, 44, 106, 107 láser que parten de
los mismos están orientados espacialmente de modo que los puntos 50,
52, 54, 108, 109 de medición están lo más separados posible entre
sí, es decir, que por ejemplo el primer ángulo 70 entre el primer
haz 40 láser y el segundo haz 42 láser y el segundo ángulo 72 entre
el primer haz 40 láser y el tercer haz 44 láser se seleccionan lo
más grande posible.
El dispositivo 120 de evaluación determina, a
partir de las separaciones de los cabezales 80, 82, 84, 86, 88 de
medición láser con respecto a la superficie 60 de referencia y la
disposición geométrica conocida de los cabezales 80, 82, 84, 86, 88
de medición láser con respecto a la guía 8, la altura de la guía 8
con respecto a la superficie 60 de referencia. A partir de esta
altura de la guía 8 con respecto a la superficie 60 de referencia
así como a partir de una altura deseada que puede ajustarse en el
dispositivo no representado anteriormente mencionado conectado a
través del enlace 126 con el dispositivo 120 de evaluación, el
dispositivo 120 de evaluación determina una señal de control de
altura para la guía 8. Esta señal de control de altura sirve en la
pavimentadora 2 para activar los cilindros de ajuste para ajustar
los puntos 12 de tracción anteriores de los brazos 10 de tracción
de la guía 8.
A continuación se describen perfeccionamientos
preferidos de las señales captadas por los cabezales 80, 82, 84,
86, 88 de medición láser mediante el dispositivo 120 de evaluación
para generar la señal de control de altura.
A partir de las separaciones de los cabezales
80, 82, 84, 86, 88 de medición láser con respecto a la superficie
60 de referencia determinadas a partir de las señales de salida de
los cabezales 80, 82, 84, 86, 88 de medición láser, el dispositivo
120 de evaluación calcula un valor medio para determinar la altura
de la guía 8 con respecto a la superficie 60 de referencia.
Mediante el cálculo del valor medio se reduce la influencia de una
ondulación de la superficie 60 de referencia en la señal de control
de altura y de este modo se consigue una mejor planeidad del nuevo
firme 18 de carretera fabricado. Este cálculo del valor medio
funciona mejor cuanto más cabezales 80, 82, 84, 86, 88 de medición
láser o puntos 50, 52, 54, 108, 109 de medición haya sobre la
superficie 60 de referencia y cuanto más separados entre sí estén
los puntos 50, 52, 54, 108, 109 de medición sobre la superficie 60
de referencia.
Además el dispositivo 120 de evaluación puede
realizarse de modo que el dispositivo 120 de evaluación rechaza una
separación de un cabezal 80, 82, 84, 86, 88 de medición láser con
respecto a la superficie 60 de referencia como no válida y no
recurre a la misma para generar la señal de control de altura cuando
la separación en cuestión se sitúa fuera de un intervalo
previamente establecido. De este modo es posible por ejemplo
suprimir la transmisión no deseada de diferentes irregularidades de
la superficie 60 de referencia al firme 18 de carretera que va a
fabricarse. El intervalo previamente establecido puede estar
definido mediante un valor límite inferior y un valor límite
superior para la separación de un cabezal 80, 82, 84, 86, 88 de
medición láser con respecto a la superficie 60 de referencia. Las
irregularidades de la superficie 60 de referencia son por ejemplo
orificios, piedras u otros objetos que están situados sobre la
superficie 60 de referencia y cuya influencia en la regulación de
altura de la guía 8 se reduce, pero no se elimina, mediante el
cálculo del valor medio anteriormente descrito. El valor límite
superior y el valor límite inferior se seleccionan de modo que una
ondulación de la superficie 60 de referencia aún se sitúa dentro
del intervalo definido mediante el valor límite superior y el valor
límite inferior para no rechazar demasiados puntos 50, 52, 54, 108,
109 de medición como no válidos, y de modo que la mayoría de los
objetos y orificios sobre o en la superficie 60 de referencia o las
separaciones generadas mediante estas irregularidades se sitúan
fuera del intervalo para no influir en la regulación de altura de
la guía 8. Los valores exactos de los dos valores límite dependen a
este respecto de las circunstancias respectivas, por ejemplo de la
calidad de la superficie 60 de referencia o un curvado longitudinal
de la superficie 60 de referencia o el firme 18 de carretera que va
a fabricarse así como de la disposición espacial de los puntos 50,
52, 54, 108, 109 de medición y pueden adaptarse también durante el
uso de manera manual o automática a las circunstancias
respectivas.
El intervalo que acaba de describirse, fuera del
cual se rechaza una de las separaciones determinadas y no se
recurre a la misma para generar la señal de control de altura, puede
estar establecido en el caso de un dispositivo de regulación de
altura por láser con al menos tres cabezales 80, 82, 84, 86, 88 de
medición láser mediante un intervalo por encima/por debajo del
plano que se define mediante las separaciones restantes. De este
modo, en el caso de un curvado longitudinal de la superficie 60 de
referencia, cuya transmisión al firme 18 de carretera que va a
fabricarse se desea, se ajusta también un intervalo pequeño
predeterminado dentro del cual se clasifican separaciones como
válidas y no se rechazan.
En el caso de un ejemplo de realización
adicional se determina en lugar de los valores límite o de las
separaciones restantes la diferencia entre en cada caso dos
separaciones y se rechazan como no válidas y no se recurre a las
mismas para generar la señal de control de altura aquellas
separaciones cuyas diferencias con respecto a las separaciones de
los otros cabezales 80, 82, 84, 86, 99 de medición láser con
respecto a la superficie 60 de referencia superan un valor límite
predeterminado. También de este modo se identifican irregularidades
en la superficie 60 de referencia y se elimina su influencia en la
señal de control de altura.
La ventaja de los cabezales 80, 82, 84, 86, 88
de medición láser con respecto a los planteamientos convencionales
que utilizan cabezales de ultrasonido consiste en que, a diferencia
de los cabezales de ultrasonido, no es necesaria una radiación
perpendicular sobre la superficie 60 de referencia ni una distancia
pequeña con respecto a la misma. Los cabezales 80, 82, 84, 86, 88
de medición láser puede emplearse en circunstancias normales, es
decir, en el caso de una superficie 60 de referencia no demasiado
reflectante, también con ángulos grandes con respecto a la vertical
de la superficie y con una separación grande con respecto a la
superficie 60 de referencia. De este modo se hace posible disponer
todos los cabezales 80, 82, 84, 86, 88 de medición láser de manera
ampliamente independiente de la disposición de los puntos 50, 52,
54, 108, 109 de medición correspondientes sobre la superficie 60 de
referencia. Especialmente todos los cabezales 80, 82, 84, 86, 88 de
medición láser pueden estar dispuestos junto con el dispositivo 120
de evaluación y la interfaz 122 en una carcasa 30 común, tal como
muestra la figura 3, que está colocada en la pavimentadora 2 a una
altura con respecto a la carretera que corresponde esencialmente a
la altura de la pavimentadora 2. De este modo se reduce
considerablemente el despliegue mecánico constructivo para la
colocación del dispositivo de regulación. Además disminuye el
riesgo de daño del dispositivo de regulación en los rigurosos
trabajos de construcción así como el riesgo de una obstaculización
de los obreros en sus actividades en la pavimentadora 2 y en su
entorno directo.
Además los cabezales 80, 82, 84, 86, 88 de
medición láser, que pueden ajustarse dado el caso con respecto a su
orientación espacial pero que están inmóviles durante el
funcionamiento, evitan las desventajas de un escáner láser móvil
durante el funcionamiento que presenta una mecánica sensible. Al
prescindir completamente de piezas móviles es posible sobre todo en
las condiciones extremas en una máquina 2 de construcción
(vibraciones, un intervalo de temperatura de trabajo muy elevado,
humedad, etc.) una menor susceptibilidad a fallos, tiempos de fallo
menores, una vida útil mayor y de este modo una mayor
rentabilidad.
La pavimentadora 2 mencionada en los ejemplos de
realización anteriores es sólo un ejemplo de una máquina de
construcción en la que puede emplearse el dispositivo de regulación
por láser para regular una herramienta de trabajo ajustable en
altura con respecto a su altura de tal modo que la superficie
trabajada presente un perfil deseado. Otro ejemplo es la fresadora
200 de pavimento en frío representada en la figura 4 con un tren
202 de rodadura anterior y un tren 204 de roedura posterior de los
que al menos uno es ajustable en altura. La herramienta de trabajo
es en este caso un tambor 206 de fresado cuya altura se ajusta con
respecto a un carril 208 no trabajado y un carril 210 trabajado y
de este modo también "la profundidad de fresado", ajustando la
altura del tren 202 ó 204 de rodadura ajustable en altura o dado el
caso al menos uno de los trenes 202, 204 de rodadura ajustables en
altura. En la fresadora 200 de pavimento en frío está colocado en la
carcasa 30 de nuevo a través del soporte 32 el dispositivo de
regulación por láser descrito ya mediante la figura 1. A este
respecto uno de los cabezales de medición láser está alineado con el
punto de medición correspondiente y el eje del tambor (206) de
fresado. La señal de control de altura generada por el dispositivo
de regulación por láser controla en este caso el ajuste de altura
del tren 202, 204 de rodadura.
Además es posible el empleo del dispositivo de
regulación por láser según la presente invención en cualquier
máquina de construcción que modifica el perfil de una superficie, es
decir, corta o aplica capas para obtener un perfil deseado y a este
respecto puede tomar como referencia una superficie de referencia.
Puede ser en determinadas circunstancias una niveladora de orugas,
una denominada motoniveladora, etc.
Claims (12)
1. Dispositivo de regulación por láser para una
máquina (2; 200) de construcción para ajustar la altura de una
herramienta (8; 206) de trabajo ajustable en altura, con
un primer cabezal (80) de medición láser, un
segundo cabezal (82) de medición láser y un tercer cabezal (84) de
medición láser, que están dispuestos en la máquina (2; 200) de
construcción, estando dispuestos el primer cabezal (80) de medición
láser y el segundo cabezal (82) de medición láser con un primer
ángulo (70) entre sí, estando dispuestos el primer cabezal (80) de
medición láser y el tercer cabezal (84) de medición láser con un
segundo ángulo (72) entre sí, estando seleccionados el primer ángulo
(70) y el segundo ángulo (72) de tal modo que un primer punto (50)
de medición del primer cabezal (80) de medición láser, un segundo
punto (52) de medición del segundo cabezal (82) de medición láser y
un tercer punto (54) de medición del tercer cabezal (84) de
medición láser están separados entre sí sobre una superficie (60) de
referencia, estando situados el primer punto (50) de medición, el
segundo punto (52) de medición y el tercer punto (54) de medición
esencialmente en la dirección de movimiento de la máquina (2; 200)
de construcción uno detrás de otro; y
un dispositivo (120) de evaluación que, en
función de señales de salida del primer cabezal (80) de medición
láser, del segundo cabezal (82) de medición láser y del tercer
cabezal (84) de medición láser, determina una primera separación
del primer cabezal (80) de medición láser con respecto a la
superficie (60) de referencia, una segunda separación del segundo
cabezal (82) de medición láser con respecto a la superficie (60) de
referencia y una tercera separación del tercer cabezal (84) de
medición láser con respecto a la superficie (60) de referencia, a
partir de las separaciones determinadas y la disposición geométrica
conocida del primer cabezal (80) de medición láser, del segundo
cabezal (82) de medición láser y del tercer cabezal (84) de medición
láser con respecto a la herramienta (8; 206) de trabajo, calcula la
altura de la herramienta de trabajo con respecto al plano (60) de
referencia y, en función de la altura calculada y una altura
deseada, genera una señal de control de altura para la herramienta
(8; 206) de trabajo.
2. Dispositivo de regulación por láser según la
reivindicación 1, que comprende un cuarto cabezal (86) de medición
láser y un quinto cabezal (88) de medición láser, estando dispuesto
el cuarto cabezal (86) de medición láser en la máquina (2; 200) de
construcción con un tercer ángulo con respecto al primer cabezal
(80) de medición láser, estando dispuesto el quinto cabezal (88) de
medición láser en la máquina (2; 200) de construcción con un cuarto
ángulo con respecto al primer cabezal (80) de medición láser,
estando seleccionados el tercer ángulo y el cuarto ángulo de tal
modo que el primer punto (50) de medición, el segundo punto (52) de
medición, el tercer punto (54) de medición, un cuarto punto (108)
de medición del cuarto cabezal (86) de medición láser y un quinto
punto (109) de medición del quinto cabezal (88) de medición láser
están separados entre sí sobre la superficie (60) de referencia y
que el primer (50), segundo (52), tercer (54), cuarto (108) y quinto
punto (109) de medición están situados esencialmente en la
dirección de movimiento de la máquina (2; 200) de construcción uno
detrás de otro, calculando el dispositivo (120) de evaluación la
altura de la herramienta (8; 206) de trabajo además en función de
una cuarta separación del cuarto cabezal (86) de medición láser con
respecto a la superficie (60) de referencia, de una quinta
separación del quinto cabezal (88) de medición láser y la
disposición geométrica conocida del cuarto cabezal (86) de medición
láser y del quinto cabezal (84) de medición láser con respecto a la
herramienta (8; 206) de trabajo.
3. Dispositivo de regulación por láser según la
reivindicación 2, en el que el dispositivo (120) de evaluación
determina las diferencias en cada caso de dos separaciones y
clasifica como válidas aquellas separaciones cuyos valores de
diferencia son inferiores a un valor límite.
4. Dispositivo de regulación por láser según la
reivindicación 1 ó 2, en el que el dispositivo (120) de evaluación
rechaza como no válida una de las separaciones determinadas y no
recurre a la misma para generar la señal de control de altura
cuando la separación en cuestión se sitúa fuera de un intervalo
previamente establecido.
5. Dispositivo de regulación por láser según la
reivindicación 4, en el que el intervalo previamente establecido
está establecido mediante una distancia predeterminada por
encima/por debajo de un plano, estando el plano establecido
mediante las separaciones restantes.
6. Dispositivo de regulación por láser según una
de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el dispositivo (120) de
evaluación calcula el valor medio de las separaciones
determinadas.
7. Dispositivo de regulación por láser según una
de las reivindicaciones 1 a 6, en el que los cabezales (80, 82, 84,
86, 88) de medición láser están dispuestos adyacentes entre sí con
proximidad espacial, uno detrás de otro esencialmente en la
dirección de movimiento y esencialmente con las mismas separaciones
con respecto a la herramienta (8; 206) de trabajo.
8. Dispositivo de regulación por láser según una
de las reivindicaciones anteriores, en el que uno de los cabezales
(80, 82, 84, 86, 88) de medición láser está alineado con el punto
(50, 52, 54, 108, 109) de medición correspondiente y la herramienta
(8; 206) de trabajo.
9. Dispositivo de regulación por láser según una
de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la máquina de construcción
es una pavimentadora (2) y la herramienta de trabajo es una guía (8)
que está unida a través de un brazo (10) de tracción con la
pavimentadora (2), estando fijados los cabezales (80, 82, 84, 86,
88) de medición láser en una carcasa (30) común a través de un
soporte (32) al brazo (10) de tracción, provocando la señal de
control de altura generada por el dispositivo (120) de evaluación
un ajuste de un punto (12) de tracción del brazo (10) de tracción
de la guía (8).
10. Dispositivo de regulación por láser según
una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la máquina de
construcción es una fresadora (200) de pavimento en frío con un
tren (202) de rodadura anterior y uno posterior (204) de los que al
menos uno es ajustable en altura, y en el que la herramienta de
trabajo es una fresa (206), estando fijados los cabezales (80, 82,
84, 86, 88) de medición láser en una carcasa (30) común a través de
un soporte (104) a la fresadora (200) de pavimento en frío,
provocando la señal de control de altura generada por el
dispositivo (120) de evaluación un ajuste en altura del tren (202)
de rodadura anterior y/o posterior (204).
11. Dispositivo de regulación por láser según la
reivindicación 9, en el que uno de los cabezales (80, 82, 84, 86,
88) de medición láser está alineado con el punto (50, 52, 54, 108,
109) de medición correspondiente y el borde (20) posterior de la
guía (8).
12. Dispositivo de regulación por láser según la
reivindicación 10, en el que uno de los cabezales (80, 82, 84, 86,
88) de medición láser está alineado con el punto (50, 52, 54, 108,
109) de medición correspondiente y el eje del tambor (206) de
fresado.
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