FI104584B - Menetelmä pitkänomaisen kappaleen aseman määrittämiseksi - Google Patents

Description

1 104584

Menetelmä pitkänomaisen kappaleen aseman määrittämiseksi

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen * menetelmä pitkänomaisen kappaleen aseman määrittämiseksi.

5

Johdannon mukainen menetelmä on tunnettu julkaisusta US-3974699, jossa mitataan mm. tiehöylän terän asemaa horisontaalitasoon nähden, sekä julkaisusta GB-2094484, josta käy ilmi kiihtyvyysanturin käyttö pitkänomaisen kappaleen kiihtyvyyden mittauksessa.

10

Erityisesti, mutta ei yksinomaan, tässä keksinnössä esitettyä menetelmää voidaan käyttää työkoneen, kuten kaivinkoneen, henkilönostimen tai vastaavan puomistorakenteen tai sen osan, joka on järjestetty oleellisesti pystytasossa nivelpisteen ympäri kiertyväksi, 15 yhteydessä olevan kauhan tai työalustan korkeusaseman tai vaakasuuntaisen ulottuman mittaamiseen. Nykyisin puomistorakenteen korkeusasemaa tai vaakasuuntaista ulottumaa mitattaessa käytetään puomistorakenteen nivelpisteisiin asennettuja kulma-antureita, joiden antaman tiedon perusteella lasketaan puomistorakenteen asento. 20 Tällaisen menetelmän epäkohtana on se, että kulma-antureiden jälkiasennus on erityisen hankala suorittaa sellaisiin työkoneisiin, joissa ei ole valmiina korkeusaseman ja/tai vaakasuuntaisen ulottuman mittausvälineistöä. Edelleen toisena epäkohtana on se, että kulma-antureilla toteutettu mittaus on suhteellisen monimutkainen, koska sen 25 vaatimat laskuoperaatiot vaativat mikroprosessoritekniikkaa sekä laskenta algoritmeja johtuen siitä, että menetelmässä joudutaan käyttämään trigonometrisia funktioita.

Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää parannettu menetelmä 30 pitkänomaisen kappaleen aseman määrittämiseksi, jolloin pitkänomaisena kappaleena on puomistorakenne tai sen osa ja r V menetelmää käytetään puomistorakenteiden tai näiden osien korkeusaseman ja/tai vaakasuuntaisen ulottuman mittaamiseen. Näin » ollen keksinnön pääasiallisena tarkoituksena on kohottaa alalla 35 vallitsevaa tekniikan tasoa. Tämän tarkoituksen saavuttamiseksi keksinnön mukainen menetelmä on pääasiassa tunnettu seuraavista vaiheista: 2 104584 laskentayksikköön muodostetaan laskentakaava, jonka yleinen muoto on: (Pj= K * ms), jossa 5

Pi = haluttu pisteiden välisen etäisyyden projektio mittaustasossa, K = L/g, jossa 10 L = pisteiden välinen etäisyys, ja g = maan vetovoiman kiihtyvyys, ja ms= kiihtyvyysanturin mittasignaali, muunnettuna mahdollisesti 15 tarvittavalla analogiaoperaattorilla laskentayksikölle sopivaksi suureeksi, ja että kiihtyvyysanturin mittaussuunta valitaan joko oleellisesti kohtisuoraksi suhteessa mainittujen kahden pisteen 20 väliseen suoraan, jolloin mittausanturin mittasignaalista saadaan laskentakaavan (P, = K * ms) avulla puomistorakenteen tai sen osan vaakasuuntainen ulottuma ja/tai kiihtyvyysanturin mittaussuunta valitaan oleellisesti yhtymään mainittujen kahden pisteen välisen suoran 25 pituussuuntaan, jolloin mittausanturin mittasignaalista ” saadaan laskentakaavan (P, = K * ms) avulla puomistorakenteen korkeusasema.

Edellä esitetyn menetelmän pääasiallisina etuina voidaan mainita 30 ensinnäkin se, että menetelmän soveltamisen vaatimat komponentit ovat helposti asennettavissa myös jälkikäteen sellaisen v puomistorakenteen yhteyteen, joka ei ole varustettu korkeusaseman Λ ja/tai vaakasuuntaisen ulottuman mittausvälineistöllä tai johon on uusittava edellä mainittu mittausvälineistö. Koteloidut kiihtyvyysanturit 35 voidaan asentaa esimerkiksi kaivinkoneissa mitattavan puomistorakenteen osan päälle. Asennuksen voi suorittaa jopa urakoitsija itse ilman erikoistyökaluja. Toiseksi korkeusasematieto ja/tai vaakasuuntainen ulottumatieto saadaan yksinkertaista 3 104584 analogiaelektroniikkaa käyttämällä. Tällöin tarvittavien välineiden myyntihinta saadaan kohtuulliseksi yksinkertaisen elektroniikan ansiosta ja menetelmän soveltamisessa tarvittavien välineiden valmistus on edullista myös piensarjoina.

5

Työkoneissa, kuten kaivinkoneissa, henkilönostimissa tai vastaavissa puomistorakenne tai sen osa on järjestetty oleellisesti pystytasossa nivelpisteen ympäri kiertyväksi. Tällainen puomistorakenne voi käsittää useampia osia, joista ensimmäinen on nivelöity työkoneen, kuten 10 kaivinkoneen tai henkilönostimen runkoon, ja joista seuraavat on liitetty nivelöinneillä yhteen siten, että toinen puomistorakenteen osa on nivelöity ensimmäisen osan vapaaseen päähän jne. Tällöin voidaan puomistorakenteen kokonaiskorkeusasema ja/tai vaakasuuntainen kokonaisulottuma saada menetelmän sovelluksella, jossa kunkin 15 puomistorakenteen osan yhteyteen on sijoitettu ainakin yksi kiihtyvyysanturi, summaamalla erillisten puomistorakenteen osien korkeusasemat tai vaakasuuntaiset ulottumat. On edullista valita ensimmäiseksi pisteeksi valitaan nivelpiste, jonka ympäri puomistorakenne tai sen osa on järjestetty oleellisesti pystytasossa 20 kiertyväksi. Edelleen eräänä tärkeänä sovelluspiirteenä on se, että mainitut pisteet, joiden välinen etäisyys on vakio, sijoitetaan siten, että niiden välinen suora on puomistorakenteen tai sen osan pituussuuntainen. Edelleen eräänä tärkeänä sovelluspiirteenä on se, että pisteiden väliseksi etäisyydeksi valitaan puomistorakenteen tai sen 25 osan toiminnallinen pituus. Toiminnallinen pituus tässä yhteydessä ;v tarkoittaa sitä, että menetelmän mukaisesti mitataan oleellisesti nivelpisteiden välillä olevan puomistorakenteen tai sen osan asemaa, jolloin ensimmäinen piste on puomistorakenteen osan ja työkoneen rungon välinen nivelpiste tai nivelpiste puomistorakenteen kahden osan 30 välillä. Toinen piste on puolestaan nivelpiste työkoneen puomistorakenteen yhteydessä olevan toiminnallisen osan, kuten kauhan tai henkilönostimen työalustan välillä tai puomistorakenteen seuraavaan osaan liittyvä nivelpiste.

35 Keksinnön mukainen menetelmä on laskennallisesti yksinkertaisesti toteutettavissa siten, että kiihtyvyysanturin mittaussuunta valitaan joko oleellisesti kohtisuoraksi suhteessa mainittujen kahden pisteen väliseen suoraan tai kiihtyvyysanturin mittaussuunta valitaan oleellisesti 4 104584 yhtymään mainittujen kahden pisteen välisen suoran pituussuuntaan. Tällöin mittausanturin mittasignaalista, esim. jännitesignaalista saadaan edellisessä tapauksessa suoraan jäljempänä esitetyllä tavalla yksinkertaisella laskennalla pitkänomaisen kappaleen vaakasuuntainen 5 ulottuma ja jälkimmäisessä tapauksessa pitkänomaisen kappaleen korkeusasema. On siis edullista, ainakin eräissä sovelluksissa, järjestää kuhunkin puomistorakenteeseen tai sen osaan kaksi kiihtyvyysanturia, joiden mittaussuunnat on valittu edellä mainitulla tavalla esim. puomistorakenteen pituussuuntaiseksi ja pituussuuntaa 10 vastaan kohtisuoraksi, jolloin molemmat menetelmän avulla saatavat projektiot on saatavissa samanaikaisesti yksinkertaista laskentakaavaa käyttäen.

Keksintöä havainnollistetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla 15 oheiseen piirrokseen, joka kaaviollisesti esittää mittausmenetelmää.

Piirustukseen viitaten viitenumerolla 1 on esitetty pitkänomaista kappaletta, kuten puomistorakennetta tai sen osaa. Pitkänomaisen kappaleen 1 yhteyteen on sijoitettu kiihtyvyysanturi 2. Kiihtyvyysanturin 20 mittaussuunta m on valittu siten, että se on kohtisuorassa pisteiden p1 ja p2 välistä suoraa vastaan ja maan vetovoiman kiihtyvyyden suunta on merkitty nuolella g. Pisteiden Pi ja p2 välinen etäisyys, joka on keksinnön mukaisesti vakio, on merkitty kirjaimella L. Pitkänomaisen kappaleen 1 pisteen p2 korkeusasemaa on merkitty piirustukseen 25 kirjaimella Pk ja vastaavasti pitkänomaisen kappaleen 1 pisteen p2 .. vaakasuuntainen ulottuma kirjaimella P|. Erityisesti piirustuksesta on lisäksi huomattava, että kiihtyvyysanturin mittaussuunta m vaikuttaa samassa tasossa kuin maan vetovoiman kiihtyvyys g.

30 Piirustuksen merkintöjä käyttäen voidaan trigonometristen tietojen perusteella todeta, että vaakatason ja pisteiden p! ja p2 kautta kulkevan \i suoran välinen kulma ai on yhtä suuri kuin maan vetovoiman kiihtyvyyden g suunnan ja kiihtyvyysanturin 2 mittaussuunnan välinen kulma a2. Jäljempänä kulmista a1 ja a2 käytetään yksinkertaisuuden 35 vuoksi merkintää a.

Piirustuksen merkintöjä käyttäen kiihtyvyysanturin 2 mittasignaalista ms saadaan laskettua kallistuskulman a kosini seuraavasti: 5 104584 ms = g * cos (a) cos (a) = ms / g 5 Toisaalta vaakasuuntainen ulottuma P| = L * cos (a), mistä saadaan :

Pi = L * (ms/g) = (L/g) * ms Kun L/g on vakio K saadaan : 10

Pi = K * ms

Pitkänomaisen kappaleen vaakasuuntainen ulottuma PI saadaan siis suoraan kertomalla kiihtyvyysanturin 2 mittaustulos vakiolla K.

15 Mittaustulosta vastaava mittasignaali ms siirretään esim. jännitesignaalina laskentayksikölle 4 tai mahdollisesti analogiamuuntimella 3 laskentayksikölle 4 sopivaksi suureeksi muutettuna.

20 Puomiston korkeusasema Pk saadaan vastaavasti kääntämällä kiihtyvyysanturin 2 mittaussuunta m pitkänomaisen kappaleen pituussuuntaiseksi (pisteiden pt ja p2 välisen suoran suuntaiseksi), jolloin saadaan: 25 ms = g * sin (a) korkeus Pk = L*sin(a) ja edelleen Pk = K * ms, missä K on vakio

Yksinkertaisella kertolaskuoperaatiolla voidaan siis erityisesti laskea 30 tietyssä kallistuskulmassa olevan pitkänomaisen kappaleen päätepisteen p2 korkeusasema ja/tai vaakasuuntainen ulottuma ilman - trigonometristen funktioiden käyttöä.

, Kiihtyvyysanturit ovat rakenteellisesti alan ammattilaiselle siinä määrin 35 tunnettuja, että niihin ei tässä yhteydessä lähemmin puututa. Tekniikan tason suhteen voidaan viitata julkaisuun US-4,471,533. Joka tapauksessa on todettava, että kiihtyvyysanturi perustuu tekniseltä periaatteeltaan maan vetovoimakentässä liikkuvaan kappaleeseen 6 104584 kohdistuvien voimien mittaamiseen sähköisellä ja/tai mekaanisella periaatteelta.

Tieto pitkänomaisen kappaleen asemasta voidaan siirtää tarvittavaan 5 kohteeseen esim. näyttöön; summainyksikköön 6, mikäli kyseessä on t kokonaisasematietojen mittaaminen useammasta osasta koostuvassa puomistorakenteessa, tai vastaavaan laskentayksiköltä 4, tarvittaessa esim. sopivaa analogiamuunninta käyttäen (kohta 5 piirustuksessa).

ψ i j i

Claims (4)

104584

1. Menetelmä pitkänomaisen kappaleen aseman määrittämiseksi, 5 jolloin sijoitetaan pitkänomaisen kappaleen yhteyteen ainakin yksi anturi (2) mittaamaan pystysuorassa mittaustasossa, 10. yhdistetään mainittu anturi (2) laskentayksikköön (4), käytetään laskentayksikön (4) yhteydessä olevaa ainakin yhtä laskentakaavaa, jonka termeihin sisältyy mainitun anturin (2) antamasta mittasignaalista johdettu tieto, 15 pitkänomaisen kappaleen aseman laskemiseksi ainakin horisontaalitasoon nähden, jolloin pitkänomaisena kappaleena (1) käytetään työkoneen, kuten kaivinkoneen, henkilönostimen tai vastaavan 20 puomistorakennetta tai sen osaa, joka on järjestetty oleellisesti pystytasossa nivelpisteen ympäri kiertyväksi, jolloin puomistorakenteesta tai sen osasta määritetään kaksi 25 pistettä (p1t p2), joiden välinen etäisyys (L) on tunnettu, sopivimmin vakio, jolloin ainakin toinen piste (p1t p2) on nivelpiste, ja jolloin käytetty anturi on kiihtyvyysanturi (2) pitkänomaiseen 30 kappaleeseen (1) kohdistuvien kiihtyvyysvoimien mittaamiseksi, ψ * tunnettu siitä, että w 35. laskentayksikköön (4) muodostetaan laskentakaava, jonka yleinen muoto on: (Pj = K * ms), jossa 8 104584 Pi= haluttu pisteiden (p!, p2) välisen etäisyyden projektio mittaustasossa,

5 K = L/g, jossa L = pisteiden (p1t p2) välinen etäisyys, ja g = maan vetovoiman kiihtyvyys, ja 10 ms= kiihtyvyysanturin (2) mittasignaali, muunnettuna mahdollisesti tarvittavalla analogiaoperaattorilla (3) laskentayksikölle sopivaksi suureeksi, ja että kiihtyvyysanturin (2) mittaussuunta valitaan joko oleellisesti 15 kohtisuoraksi suhteessa mainittujen kahden pisteen (p1t p2) väliseen suoraan, jolloin mittausanturin mittasignaalista saadaan laskentakaavan (P, = K * ms) avulla puomistorakenteen tai sen osan vaakasuuntainen ulottuma ja/tai kiihtyvyysanturin (2) mittaussuunta valitaan oleellisesti 20 yhtymään mainittujen kahden pisteen (p1( p2) välisen suoran pituussuuntaan, jolloin mittausanturin mittasignaalista saadaan laskentakaavan (P, = K * ms) avulla puomistorakenteen (2) korkeusasema.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pisteiden (p1t p2) etäisyydeksi valitaan puomistorakenteen tai sen osan toiminnallinen pituus, erityisesti nivelpisteväli.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 30 että puomistorakenteeseen tai sen osaan sijoitetaan kaksi kiihtyvyysanturia (2), joiden mittaussuunnat valitaan siten, että ensimmäisen kiihtyvyysanturin (2) mittaussuunta on kohtisuorassa pisteiden (p1f p2) välisen suoran pituussuuntaa vastaan ja joista toisen kiihtyvyysanturin (2) mittaussuunta on oleellisesti pisteiden (p1t p2) 35 välisen suoran pituussuunnan suuntainen.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuhunkin puomistorakenteen osaan on sijoitettu ainakin yksi 104584 kiihtyvyysanturi (2), ja että laskentayksikköön (4) on järjestetty summainyksikkö (6) tai vastaava kunkin puomistorakenteen osan yhteydessä olevalta kiihtyvyysanturilta (2) tulevasta mittasignaalista johdettujen ko. osan asematietojen yhdistämiseksi puomistorakenteen 5 kokonaisasematiedoksi. * W m 10 104584