JP5182666B2 - 締固め機の制御方法および制御システム - Google Patents

Description

本発明は、締固め機の締固めパラメータの自動適合のための締固め機の制御方法および、とりわけ、かような締固め機の相応な制御システムに関する。

上記様締固め機もしくは締固め器械は、地盤、地中、交通道路、ダムなどの締固め用により多く使用される。かような締固め機は公知技術の様々な実施形態で周知である。ここでは、例えば自動推進式ローラー、自動推進式付随ローラーを取り上げることができるが、これに限られない。本発明は、土壌アンカーなどを地中へ打ち込むための装置（ランマーまたは杭打ちハンマー）と区別すべきである。

締固め効果の改良もしくは、締固め度をアップするためには、締固め工具の振動重畳もしくは振動励起が知られている。これは、特許文献１を代表的に参照されたい。ここで当該締固め機は、特許文献２に記載のように、例えば振動プレートまたは振動ローラーを備える。
ＤＥ ３３０８４７６ Ａ１ ＷＯ ０２／２５０１５ Ａ１

しかしながら、ここでの主な問題は、締固め機自体が周辺建造物として振動により損傷され得ることである。このことは、振動励起周波数が機械または地中の局部固有周波数範囲であったり、または、振動振幅が大きいと、とりわけ問題である。従って、例えば機械の不所望な「ジャンプ」をも防ぐべく、振動を把握し、場合によっては制御ループを介して修正することが、公知技術より周知である。かような制御は、特許文献３と、上記特許文献２に既に記載済みである。振動把握のためには、ここでは締固め機または振動器械にセンサを設けている。しかし地中自体あるいは周辺建造物における振動はこの際考慮されないままである。
ＥＰ ０６８８３７９ Ｂ１

本発明の課題は、締固め機の制御方法および、締固め機を締固め効果もしくは締固め度に関して高効率で作動できると同時に近隣の建造物にもはや振動負荷を加えることが許容されない、相応のシステムを提供することである。

上記課題は請求項１に記載の方法および従属請求項に記載のシステムにより解決される。好適な実施例は各下位請求項の対象である。

本発明の方法では、締固め機に端を発し、地中に広がる振動は少なくとも一箇所の重要な測定点で、少なくとも一つのセンサにより把握され、センサが把握した振動測定値は少なくとも一つのデータ処理ユニットに伝送され、該データ処理ユニットがこれらを、各測定点用許容振動極限値と比較する。当該測定点用許容極限値を超えると、測定点で測定された振動測定値を振動極限値以下に設定するように少なくとも一つの締固めパラメータを自動的に、つまり、制御ループ内で、変更するか、もしくは、締固めパラメータに、最大把握振動測定値が振動極限値以下であるべく影響を及ぼす。

締固めパラメータとは、特許出願の意味では、締固め作用もしくは締固め度に影響を及ぼす物理的に把握可能な寸法を意味する。締固めパラメータは好適には、締固め工具の振動振幅、この振幅の作用方向、この振動の異なった方向コンポーネント、振動周波数、または、移動速度または締固め機の質量をも含むグループからとられる。

本発明の方法の主な利点は、測定が直接重要な測定点もしくは、関心を引く測定点、つまり、一般に直接建造物においてなされることに見られる。それにより、局部かつ目下の土壌特性は、建造物において把握された振動測定値に影響がない。それにより、詳しく明記できない土壌パラメータ（振動広がり速度や減衰といった）による万一の逆算または外挿をベースとする不正確な負荷検知は不要となる。

このことは、締固め機を締固め効果と締固め度に関して非常な高効率で作動できると同時に、近隣の建造物に、とりわけここでは振動に弱い建造物を、これ以上振動負担を加えることが許可されないことにより、できるだけよく振動から保護することを意味する。

本発明によるシステムは、締固め機により引き起こされた振動、もしくは、締固め機に端を発する振動の把握用の少なくとも一つのセンサおよび、この少なくとも一つのセンサが伝送する振動測定値を許容振動極限値と比較する少なくとも一つのデータ処理ユニットを有する。該極限値を超えると、データ処理ユニットは締固め機の少なくとも一つの締固めパラメータの変化を導入する。該少なくとも一つのセンサは、測定点に出現する振動を直接把握するために、地中の建造物領域またはこの建造物自体に設けられている。

かようなシステムの利点は主に、制御方法の上記実施形態を参照されたい。

場合によっては別個に保護を請求する本発明のとりわけ好適な実施例では、複数の締固め機を工事現場で作動する。各個々の締固め機の位置は、センサの位置に対し絶対的または少なくとも相対的に把握される。更に各個々の締固め機にデータ処理ユニットが設けられ、これは全センサの振動測定データを分析し、締固め機の既知の位置に基づき、各締固め機にとってどのセンサもしくはどの測定点が重要で、どれが重要ではないかを算出する。締固め機にとって重要な測定点において振動測定値が許容極限値を超える場合は、データ処理ユニットが、当該の締固め機を作動する少なくとも一つの締固めパラメータの相当な変化を行う。とりわけ有利な実施例では、全締固め機をセントラルデータ処理ユニットで制御し、この際、とりわけＧＰＳのようなナビゲーションシステムが受信する位置データが評価されるときは、各機械自体にデータ処理ユニットが備えられる。

以下本発明の実施例と作用を図面により記載する。一実施例との関連のみで示される特徴は、技術的に可能な枠内で、本発明の一般的特徴としてもみなされる。

図１の実施形態は、ここでは圧延機として構成された締固め機２０を有し、地中の締固め用に、土工事、アスファルト工事に好適に使われるが、プレート締固め機または他の構造であっても当然よい。締固め機２０はデータ処理ユニット９により制御される。工事現場領域に、建造物における振動もしくはパイブレーションの把握用に複数のセンサもしくは建造物センサが設けられている。センサ１０が住宅１に、センサ１１が工事の建物１２に設けられている。両センサ１０と１１は把握された振動測定値を、ここでは同時にデータ把握ユニットとして構成されたデータ処理ユニット９へ伝送する。データ通信はケーブル接続により行われる。更にセンサ１２が工場の建物１３に、センサ１３がレールトンネル４の領域に設けられている。レールトンネルは道路トンネル、パイプダクト、下水道などの比較可能な建造物の代表例である。センサは橋、塔、記念碑などにより多く設けることができる。センサ１２、１３からのデータ通信は無線通信により行われ、そのためには、データ把握、処理ユニット９に無線セルが備え付けられる。センサ１０〜１３からデータ把握、処理ユニット９への一方向性データ通信で十分である。ここに示されるセンサの数は当然一例にすぎない。本発明では、センサの数は無制限である。一つの測定点で複数のセンサもしくは例えば異なった測定様式のセンサも可能である。

センサ１０〜１３は地中に設けられる。当該対象物（建物など）に直接設けることも当然可能である。センサは加速センサまたは地震センサでよい。

センサ１０〜１３からデータ把握、処理ユニット９に伝送された振動測定値はそこで、各測定点における当該対象物用許容極限値と比較される。許容極限値は例えばＤＩＮ工業規格４１５０に含有されているか、あらかじめ例えば応力アナリストにより規定される。比較の際は、原則的に以下の状態が区別される。

測定値は極限値より小さい。

測定値は極限値と同じである。

測定値は極限値より大きい。

原則的には、新たな、変更された値がデータ処理ユニット９により算出される必要はない。むしろ、評価および、測定値と極限値の比較で十分である。すると結果として、測定値が極限値より大、小、あるいは極限値と等しいかが伝送される。それに依存して、機械の制御ユニットが締固めパラメータを相応に減少、増加もしくは一定に保つ。

ここに記載された例ではデータ把握、処理ユニット９により締固め機２０用締固めパラメータの少なくとも一つの新たな、変更値（例えば振動振幅、振動作用方向、振幅の作用方向成分、周波数、移動速度等）が規定されるかまたは算出され、これに伝送される。伝送は無線で行われ、そのためには、データ把握、処理ユニット９に、ここでは第二無線セル１５が備えられ、締固め機が対応の無線セル１６を備える。しかし、データ把握、処理ユニット９に２種の独立した無線技術を使用することは必ずしも必要ではない。少なくとも一つの締固めパラメータの適合もしくは変更は、当該対象物へ振動負荷をかけることをもはや許可せず、同時に締固め機を地中圧縮と奥行き効果（締固め効果もしくは締固め度）に関し高効率で作動するべく、制御ループ内で行われる。つまり、局部的に最大可能を目指す制御が行われる。ここでは、制御ループ同調によって、唯一または複数の締固めパラメータが同時または順々に変更され得る。

文書化、品質管理対策、更には保証のため、センサ１０〜１３の振動測定値が保持される。記録方法としては電子記入システムおよび在来記入システム（ペーパープリントアウト）が可能である。締固め機２０の締固めパラメータおよびその制御による変化を文書化することも行われる。それにより、締固め機が把握された振動測定値に反応したことの文書化もできる。ここで締固め機２０とデータ把握、処理ユニット９間のデータ通信は二方向性を有する。データの記憶は例えばデータ把握、処理ユニット９にて可能である。

締固め機２０を制御するデータ把握、処理ユニット９は現場、つまり工事現場領域に据え付けるか、あるいは組み立てられる。当然、これを非集中型、例えば、建築会社または締固め機２０のメーカーの本社（もしくは制御サ−ビスプロバイダに）設けることも可能である。するとセンサとユニット９間および締固め機２０とユニット９間のデータ通信は無線で行われる。

更に、データ把握、処理ユニット９を直接締固め機２０上に設けることが可能である。これは図２に示される。ここでの主な利点としては、ユニット９と締固め機２０間の無線接続が不要になる。しかも、ユニット９の現場据付組み立てが不要なので、システムもしくは設備が工事現場によりふさわしくなる。この原理ではセンサ１０〜１３と（無線セル１４を有する）ユニット９間の専有無線通信が有利である。つまり、相応の無線技術を駆使するセンサを使用しさえすればよいことが規準となる。

工事現場で複数の締固め機２０を使用するのであれば、図３に記載の実施例がとりわけ有利だとわかる。ここでは図２と比較してセンサ１０〜１３および（移動により常に位置を変える）締固め機（一台もしくは複数）２０が、ここでは例えばＧＰＳ受信技術で行われる、目下の位置を確認する技術的可能性を備える。他方、一般に場所固定されたセンサに関しては、位置を一回限りに規定し、データ把握、処理ユニット９に入力することも可能である。

本発明では、各締固め機２０にデータ把握、処理ユニット９が備えられる。こうしてユニット９はセンサ１０〜１３の振動測定値を得ると同時に、これらの測定値が把握される位置を得る。こうして締固め機２０の既知の固有位置により、各締固め機用のどの臨界振動測定値が重要なのかが検出もしくは算出されるので、少なくとも一つの締固めパラメータの変更によりこれに相応に応じることができる。それにより、工事現場では任意に多数の締固め機を使用できる。

別の実施形態では、全締固め機２０を制御する唯一のデータ把握、処理ユニット９が設けられる。これは、非集中的または工事現場に設けることができる。また、これを締固め機上に設けることもでき、ここでは該締固め機は他の締固め機のマスター・マシーン（他の構成でもよい）としての役割を果たす。

本発明のシステムの実施形態の説明図である。 データ処理ユニットが直接締固め機に設けられた、図１のシステムの変形例を示す図である。 センサと締固め機がＧＰＳ受信機を備えた、図２のシステムの変形例を示す図である。

符号の説明

１ 住宅
１ 建造物
２ 建造物
３ 建造物
４ 建造物
４ レールトンネル
９ データ処理ユニット
１０ センサ
１１ センサ
１２ センサ
１３ センサ
１３ 工場の建物
１４ 無線セル
１５ 第二無線セル
１６ 無線セル
２０ 締固め機

Claims (17)

1. 少なくとも一つの締固め効果又は締固め度合いが影響しているところの物理的に検出可能な可変の締固めパラメータが締固めプロセス中に制御ループにより変更可能で、締固め機（２０）から地中に広がる振動が建造物（１，２，３，４）領域にある少なくとも一つの重要な測定点で、地中の当該建造物領域または建造物自体に設けられた少なくとも一つのセンサ（１０，１１，１２，１３）により検出され、センサ（１０，１１，１２，１３）により検出された振動測定値が少なくとも一つのデータ処理ユニット（９）に伝送され、各測定点用許容振動極限値と比較され、許容振動極限値を超えると、測定点で測定された振動測定値を振動極限値以下に自動的に設定するように少なくとも一つの締固めパラメータを変更することを特徴とする、少なくとも一つの地中、とりわけ土工事およびアスファルト工事のための締固め機（２０）の制御方法。
2. 複数のセンサ（１０，１１，１２，１３）が異なる測定点に設けられる、および／または、複数のセンサが一つの測定点に設けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも一つのセンサ（１０，１１，１２，１３）により検出された振動測定値が文書化のために記憶されることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の方法。
4. 少なくとも一つの締固め機（２０）の締固めパラメータ、とりわけ、制御ループにより変更された締固めパラメータが文書化のために記憶されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
5. 少なくとも一つの変更可能な締固めパラメータが、振幅、振幅の作用方向、振動の鉛直コンポーネント、振動周波数、または、締固め機の移動速度を含むグループから取られることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 少なくともセンサ（１０，１１，１２，１３）とデータ処理ユニット（９）間またはデータ処理ユニット（９）と締固め機（２０）間のデータ通信が無線で行われることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
7. それぞれデータ処理ユニット（９）により制御されるか、または、そのうち幾つかが共通のデータ処理ユニットにより制御される、複数の締固め機（２０）が使用されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
8. 少なくとも一つの締固め機（２０）が刻々変わる位置を検知し、その信号を関連するデータ処理ユニット（９）に伝送する。そして、そのデータ処理ユニット（９）は適切に測定されたセンサの値がそれぞれの測定点における許容振動極限値をこえるとき、当該締固め機（２０）の少なくとも一つの変更可能な締固めパラメータを変更するために、異なる測定点に設けられた複数のセンサ及び／または一つの測定点の複数のセンサによって検出されたどの振動値が、それぞれの締固め機に対して重要なものかを決定することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
9. 締固め機（２０）がその位置をＧＰＳ受信機で検知し、好適には少なくとも一つのセンサ（１０，１１，１２，１３）もその位置をＧＰＳ受信機で検知することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の方法。
10. 締固め機により引き起こされた振動を検出するための少なくとも一つのセンサ（１０，１１，１２，１３）を有し、少なくとも一つのセンサ（１０，１１，１２，１３）から伝送された振動測定値を許容振動極限値と比較し、許容振動極限値をこえた場合は、締固め機（２０）の少なくとも一つの締固め効果又は締固め度合いが影響しているところの物理的に検出可能な可変の締固めパラメータを変更する少なくとも一つのデータ処理ユニット（９）を有し、少なくとも一つのセンサ（１０，１１，１２，１３）が、測定点に発生する振動を直接検出するために、地中の建造物（１，２，３，４）領域、またはこの建造物自体に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の少なくとも一つの地中、その他のための締固め機（２０）の制御システム。
11. 複数のセンサ（１０，１１，１２，１３）が一つの測定点および／または異なる測定点に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
12. それぞれデータ処理ユニット（９）または共通のデータ処理ユニットにより制御される複数の締固め機（２０）を有することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のシステム。
13. データ処理ユニット（９）と締固め機（２０）間のデータ通信が二方向性であることを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれかに記載のシステム。
14. 少なくとも一つのデータ処理ユニット（９）が直接締固め機（２０）に設けられていることを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれかに記載のシステム。
15. 少なくとも一つのセンサ（１０，１１，１２，１３）及び少なくとも一つの締固め機（２０）が刻々変わる位置を確認する技術的手段を備え、確認された刻々変わる位置を、少なくとも一つのデータ処理ユニットに送信する手段を有していることを特徴とする請求項１０から請求項１４のいずれかに記載のシステム。
16. 少なくとも一つのセンサ（１０，１１，１２，１３）及び締固め機（２０）がＧＰＳ受信機を有することを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
17. 少なくとも一つの締固め機（２０）が圧延機またはプレート締固め機であることを特徴とする請求項１０から請求項１６のいずれかに記載のシステム。

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