EP2415934B1 - Sensoranordnung für eine Baumaschine - Google Patents

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EP2415934B1
EP2415934B1 EP10008250.2A EP10008250A EP2415934B1 EP 2415934 B1 EP2415934 B1 EP 2415934B1 EP 10008250 A EP10008250 A EP 10008250A EP 2415934 B1 EP2415934 B1 EP 2415934B1
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EP
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sensor
sensor arrangement
construction machine
illumination device
arrangement according
Prior art date
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EP10008250.2A
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Achim Eul
Horst Ramb
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Joseph Voegele AG
Original Assignee
Joseph Voegele AG
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/48—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for laying-down the materials and consolidating them, or finishing the surface, e.g. slip forms therefor, forming kerbs or gutters in a continuous operation in situ
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/004—Devices for guiding or controlling the machines along a predetermined path
    • E01C19/006—Devices for guiding or controlling the machines along a predetermined path by laser or ultrasound

Definitions

  • the invention relates to a sensor arrangement for a construction machine according to the preamble of claim 1.
  • Such sensor arrangements for construction machines are known from practice.
  • the measured data obtained by them are used to check the work result of the construction machine, in particular the quality of this work result, and to adjust the operating parameters of the construction machine according to the measured data in order to achieve the best possible work result.
  • a disadvantage of the conventional sensor arrangements is that they are exposed by the working environment of the construction machine of a very high load and pollution. This can lead to the measurement data provided by a sensor of the sensor arrangement being unreliable. The unreliable, erroneous measurement data can hinder the operation of the construction machine and possibly even further degrade the achieved work result if the operating parameters of the construction machine are incorrectly adjusted due to the unreliable measurement data.
  • the US 2003/0226290 A1 an excavator where a laser projects a laser line onto the working area of the excavator.
  • a camera arranged at an angle to the laser detects the position of this laser line and can thereupon close to a height profile of the background.
  • a likewise purely optical sensor arrangement with the features of the preamble of claim 1 is for a Gleitschalungsmaschine in the EP 1 990 472 A1 described. Again, the shadow of a lighting component on the ground is detected by a camera.
  • Object of the present invention is to provide a sensor arrangement available that enables a more reliable operation of the construction machine with structurally simple means possible.
  • the sensor arrangement according to the invention is characterized in that a lighting device for illuminating the scanning region or the scanning point of the sensor is integrated into the sensor arrangement.
  • a lighting device for illuminating the scanning region or the scanning point of the sensor is integrated into the sensor arrangement.
  • cabling to an external lighting device can be avoided by integrating the lighting device into the sensor arrangement, and that the quality of the lighting is independent of whether and, if appropriate, in what form external lighting fixtures are present on the construction site (for example on masts ). Furthermore, it is no longer necessary to direct an existing work light of the construction machine to the scanning field in order to check the quality of this scanning field, so that the work light can now be used as intended for illuminating the working area of the construction machine.
  • the senor is an inductive sensor, a capacitive sensor or an ultrasonic sensor.
  • the illumination device provided according to the invention is advantageous in order to be able to visually check, for example, the surface quality and the degree of soiling of the scanning field.
  • the sensor present in the sensor arrangement can be, for example, a contactless sensor. It is also conceivable that a plurality of sensors are present in the sensor arrangement, and that these sensors evaluate a common scanning field or different scanning fields.
  • the lighting device could be designed to emit visible and / or infrared light. Visible light has the advantage that it facilitates a visual inspection of the scanning field by the operator of the construction machine.
  • the lighting device may have optics for fixing and optionally for changing the area illuminated by the lighting device.
  • This lighting device may contain reflectors and / or optical lenses and thus define where the illuminated area lies and which dimensions it has.
  • the optics are adjustable in order to change the position and / or the size of the area illuminated by the illumination device.
  • the illuminated area can be adapted to changing working conditions, for example to a changing distance between the sensor and the scanning field.
  • the brightness of the illumination device is variable in order to enable optimum illumination of the working field while at the same time minimizing energy consumption.
  • the senor does not continuously acquire measurement data, but that it is set up for the discontinuous acquisition of measurement data, for example, after fixed or variable measurement intervals.
  • the lighting device is set up so that it only emits light during the acquisition of measured data by the sensor, so that energy can be saved during the inactive state of the sensor.
  • the sensor arrangement has a camera aligned with the scanning field. By means of this camera, the operator can visually check the scanning field illuminated by the illumination device without having to go to the scanning field itself.
  • the lighting device can be activated independently of the operation of the sensor.
  • the lighting device can be turned on, for example, to visually inspect the scanning field without the sensor also having to be switched on.
  • the invention also relates to a construction machine, for example a paver or a feeder, with a sensor arrangement of the type described above.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an embodiment of a construction machine 1 with a sensor assembly according to the invention 2.
  • the construction machine 1 may be a paver or a feeder for a paver. However, it may also be another construction machine which can be used in darkness or in dark rooms, for example in a tunnel, or which has darkened areas in its interior but from which measurement data are to be obtained.
  • the sensor assembly 2 is attached by means of a boom 3 to a component 4 of the construction machine 1, for example on an outer or inner wall 4 of the construction machine 1.
  • a boom 3 to a component 4 of the construction machine 1, for example on an outer or inner wall 4 of the construction machine 1.
  • the sensor assembly 2 in the component 4 of the construction machine. 1 is integrated.
  • the sensor arrangement 2 has a sensor 5 which is set up to obtain measured data from a scanning region 6.
  • Dashed lines 7 indicate the scanning or detection angle of the sensor 5.
  • the sensor 5 may be a non-contact sensor.
  • it is an ultrasonic material sensor on a screw conveyor of the construction machine 1 or an ultrasonic level sensor.
  • the measurement data determined by the sensor 5 serve to represent a condition on or in the construction machine 1 or a work result achieved by means of the construction machine 1.
  • a lighting device 8 is integrated in the sensor arrangement 2.
  • the lighting device 8 comprises a light source 9 for generating, for example, visible light.
  • the light source 9 may be an LED or a field of LEDs.
  • the lighting device 8 has an optical system 10 arranged in front of the light source 9. This optical system 10 may comprise reflectors and / or lenses. It serves to bundle the light generated by the light source 9 to a beam cone 11.
  • an illuminated region 13 is formed by the illumination.
  • the optics of the illumination device 8 are adjusted such that the illuminated region 13 coincides exactly with the scanning region 6 of the sensor 5 matches.
  • the light source 9 and the optics 10 are preferably controllable by means of a controller so that the brightness of the beam cone 11 and the divergence of this beam cone 11 are variable, so for example, the lighting can adapt to a changing distance between the sensor arrangement 2 and the work surface 12.
  • the lighting device 8 can illuminate the area 13 on the work surface 12 when the sensor 5 is active and detects measurement data, or when the lighting device 8 was activated independently of the operation of the sensor 5 by an operator of the construction machine 1.
  • the sensor assembly 2 can be changed in many ways. For example, it would be possible to integrate a plurality of sensors 5 in the sensor device 2.
  • a camera could be provided in the sensor arrangement 2 by means of which the area 13 illuminated by the lighting device 8 is detected. The image supplied by the camera could be displayed on a display device for the operator of the construction machine 1.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoranordnung für eine Baumaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Solche Sensoranordnungen für Baumaschinen sind aus der Praxis bekannt. Die von ihnen gewonnenen Messdaten werden dazu eingesetzt, das Arbeitsergebnis der Baumaschine zu überprüfen, insbesondere die Qualität dieses Arbeitsergebnisses, und um die Betriebsparameter der Baumaschine entsprechend der Messdaten einzustellen, um ein möglichst gutes Arbeitsergebnis zu erzielen.
  • Nachteilig an den herkömmlichen Sensoranordnungen ist, dass sie durch die Arbeitsumgebung der Baumaschine einer sehr hohen Belastung und Verschmutzung ausgesetzt sind. Dies kann dazu führen, dass die von einem Sensor der Sensoranordnung gelieferten Messdaten unzuverlässig sind. Durch die unzuverlässigen, fehlerhaften Messdaten kann der Betrieb der Baumaschine behindert und das erzielte Arbeitsergebnis möglicherweise noch weiter verschlechtert werden, wenn die Betriebsparameter der Baumaschine auf Grund der unzuverlässigen Messdaten falsch eingestellt werden.
  • Beispielsweise offenbart die US 2003/0226290 A1 einen Bagger, bei dem ein Laser eine Laserlinie auf den Arbeitsbereich des Baggers projiziert. Eine unter einem Winkel zum Laser angeordnete Kamera detektiert die Lage dieser Laserlinie und kann darauf auf ein Höhenprofil des Untergrunds schließen. Eine ebenfalls rein optische Sensoranordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist für eine Gleitschalungsmaschine in der EP 1 990 472 A1 beschrieben. Auch hier wird der Schattenwurf einer Beleuchtungskomponente auf dem Untergrund durch eine Kamera erfasst. Schließlich offenbart die US 5,352,036 einen Straßenfertiger, der zu Führungszwecken mechanisch einen gespannten Draht abtastet. Über Lichtmasten kann dieser Straßenfertiger einen Baustellenbereich beleuchten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sensoranordnung zur Verfügung zu stellen, die mit konstruktiv möglichst einfachen Mitteln einen zuverlässigeren Betrieb der Baumaschine ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Sensoranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass in die Sensoranordnung eine Beleuchtungsvorrichtung zum Ausleuchten des Abtastbereichs oder des Abtastpunktes des Sensors integriert ist. Dies bietet eine ganze Reihe von Vorteilen. Durch die Ausleuchtung des Abtastbereichs oder des Abtastpunkts, aus dem bzw. von dem der Sensor Messdaten gewinnt, steigt dort der Kontrast, so dass die Messdaten genauer werden. Selbst wenn die Baumaschine nachts oder in einem Bauwerk oder Tunnel betrieben wird, d.h. in Dunkelheit, kann ein Bediener der Baumaschine durch die Ausleuchtung die Qualität und die Oberflächenbeschaffenheit des Abtastbereichs bzw. des Abtastpunkts kontrollieren. Auf diese Weise kann er visuell überprüfen, welche Qualität das Arbeitsergebnis hat, und ob der Abtastbereich oder der Abtastpunkt (im Folgenden zusammenfassend: das Abtastfeld) hinreichend sauber ist, so dass zuverlässige Messdaten vom Sensor erwartet werden können. Vorteilhaft ist auch, dass durch die Integration der Beleuchtungsvorrichtung in die Sensoranordnung eine Verkabelung zu einer externen Beleuchtungsvorrichtung vermieden werden kann, und dass die Qualität der Beleuchtung unabhängig davon wird, ob und gegebenenfalls in welcher Form externe Beleuchtungskörper auf der Baustelle vorhanden sind (beispielsweise auf Masten). Ferner wird es nicht mehr notwendig, ein vorhandenes Arbeitslicht der Baumaschine auf das Abtastfeld zu richten, um die Qualität dieses Abtastfeldes zu überprüfen, so dass das Arbeitslicht nun bestimmungsgemäß zum Ausleuchten des Arbeitsbereichs der Baumaschine verwendet werden kann.
  • Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Sensor um einen induktiven Sensor, um einen kapazitiven Sensor oder um einen Ultraschallsensor. Selbst bei solchen nicht-optischen Sensoren ist die erfindungsgemäß vorgesehene Beleuchtungsvorrichtung vorteilhaft, um beispielsweise die Oberflächenqualität und den Verschmutzungsgrad des Abtastfeldes visuell überprüfen zu können.
  • Bei dem in der Sensoranordnung vorhandenen Sensor kann es sich beispielsweise um einen berührungslosen Sensor handeln. Denkbar ist es auch, dass mehrere Sensoren in der Sensoranordnung vorhanden sind, und dass diese Sensoren ein gemeinsames Abtastfeld oder unterschiedliche Abtastfelder auswerten.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung könnte zum Aussenden von sichtbarem und/oder infrarotem Licht ausgebildet sein. Sichtbares Licht hat dabei den Vorteil, dass es eine visuelle Kontrolle des Abtastfeldes durch den Bediener der Baumaschine erleichtert.
  • Zweckmäßig ist es, wenn die Beleuchtungsvorrichtung eine Optik zum Festlegen und gegebenenfalls zum Verändern des von der Beleuchtungsvorrichtung ausgeleuchteten Bereichs aufweist. Diese Beleuchtungsvorrichtung kann Reflektoren und/oder optische Linsen enthalten und auf diese Weise definieren, wo der ausgeleuchtete Bereich liegt und welche Abmessungen er hat.
  • Besonders günstig ist es, wenn die Optik einstellbar ist, um die Lage und/oder die Größe des von der Beleuchtungsvorrichtung ausgeleuchteten Bereichs zu verändern. Auf diese Weise kann der ausgeleuchtete Bereich an sich verändernde Arbeitsbedingungen angepasst werden, beispielsweise an einen sich ändernden Abstand zwischen dem Sensor und dem Abtastfeld.
  • In einer weiteren, vorteilhaften Variante der Erfindung ist die Helligkeit der Beleuchtungsvorrichtung variabel, um eine optimale Beleuchtung des Arbeitsfeldes bei gleichzeitig möglichst geringem Energieverbrauch zu ermöglichen.
  • Denkbar ist es, dass der Sensor nicht kontinuierlich Messdaten gewinnt, sondern dass er zur diskontinuierlichen Gewinnung von Messdaten eingerichtet ist, beispielsweise nach festen oder variablen Messintervallen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Beleuchtungsvorrichtung so eingerichtet ist, dass sie nur während der Gewinnung von Messdaten durch den Sensor Licht aussendet, so dass während des inaktiven Zustands des Sensors Energie gespart werden kann.
  • In einer weiteren Variante der Erfindung weist die Sensoranordnung eine auf das Abtastfeld ausgerichtete Kamera auf. Mittels dieser Kamera kann der Bediener das von der Beleuchtungsvorrichtung ausgeleuchtete Abtastfeld visuell überprüfen, ohne sich dazu selbst zum Abtastfeld begeben zu müssen.
  • Zweckmäßig kann es ferner sein, wenn die Beleuchtungsvorrichtung unabhängig vom Betrieb des Sensors aktivierbar ist. In diesem Fall kann die Beleuchtungsvorrichtung eingeschaltet werden, um beispielsweise das Abtastfeld visuell zu kontrollieren, ohne dass dazu auch der Sensor eingeschaltet werden müsste.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Baumaschine, beispielsweise einen Straßenfertiger oder einen Beschicker, mit einer Sensoranordnung der vorstehend beschriebenen Art.
  • Im Folgenden wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Baumaschine 1 mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 2. Bei der Baumaschine 1 kann es sich um einen Straßenfertiger oder um einen Beschicker für einen Straßenfertiger handeln. Es kann sich jedoch auch um eine andere Baumaschine handeln, die in Dunkelheit oder in dunklen Räumen eingesetzt werden kann, beispielsweise in einem Tunnel, oder die in ihrem Inneren abgedunkelte Bereiche hat, aus denen jedoch Messdaten gewonnen werden sollen.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sensoranordnung 2 mittels eines Auslegers 3 an einer Komponente 4 der Baumaschine 1 befestigt, beispielsweise an einer Außen- oder Innenwand 4 der Baumaschine 1. Alternativ wäre es jedoch auch denkbar, dass die Sensoranordnung 2 in die Komponente 4 der Baumaschine 1 integriert ist.
  • Schematisch ist angedeutet, dass die Sensoranordnung 2 einen Sensor 5 aufweist, der zur Gewinnung von Messdaten aus einem Abtastbereich 6 eingerichtet ist. Mit gestrichelten Linien 7 ist der Abtast- oder Erfassungswinkel des Sensors 5 angedeutet.
  • Bei dem Sensor 5 kann es sich um einen berührungslosen Sensor handeln. Beispielsweise handelt es sich um einen Ultraschall-Materialsensor an einer Förderschnecke der Baumaschine 1 oder um einen Ultraschall-Nivellier-Sensor. Die vom Sensor 5 ermittelten Messdaten dienen dazu, einen Zustand an oder in der Baumaschine 1 oder ein mittels der Baumaschine 1 erzieltes Arbeitsergebnis zu repräsentieren.
  • Erfindungsgemäß ist in die Sensoranordnung 2 eine Beleuchtungsvorrichtung 8 integriert. Die Beleuchtungsvorrichtung 8 umfasst eine Lichtquelle 9 zum Erzeugen von beispielsweise sichtbarem Licht. Bei der Lichtquelle 9 kann es sich um eine LED oder um ein Feld von LEDs handeln. Ferner verfügt die Beleuchtungsvorrichtung 8 über eine vor der Lichtquelle 9 angeordnete Optik 10. Diese Optik 10 kann Reflektoren und/oder Linsen umfassen. Sie dient dazu, das von der Lichtquelle 9 erzeugte Licht zu einem Strahlkegel 11 zu bündeln.
  • Dort, wo der Strahlkegel 11 der Beleuchtungsvorrichtung 8 auf eine ansonsten dunkle Arbeitsfläche 12 trifft, entsteht durch die Beleuchtung ein ausgeleuchteter Bereich 13. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Optik der Beleuchtungsvorrichtung 8 so eingestellt, dass der ausgeleuchtete Bereich 13 genau mit dem Abtastbereich 6 des Sensors 5 übereinstimmt. Die Lichtquelle 9 und die Optik 10 sind vorzugsweise mittels einer Steuerung so ansteuerbar, dass die Helligkeit des Strahlkegels 11 und die Divergenz dieses Strahlkegels 11 veränderbar sind, so dass sich die Beleuchtung beispielsweise an einen sich ändernden Abstand zwischen der Sensoranordnung 2 und der Arbeitsfläche 12 anpassen kann.
  • Im Betrieb der Baumaschine 1 kann die Beleuchtungsvorrichtung 8 den Bereich 13 auf der Arbeitsfläche 12 dann ausleuchten, wenn der Sensor 5 aktiv ist und Messdaten erfasst, oder wenn die Beleuchtungsvorrichtung 8 unabhängig vom Betrieb des Sensors 5 durch einen Bediener der Baumaschine 1 aktiviert wurde.
  • Ausgehend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann die erfindungsgemäße Sensoranordnung 2 auf vielfache Weise geändert werden. Beispielsweise wäre es möglich, mehrere Sensoren 5 in die Sensoreinrichtung 2 zu integrieren. Darüber hinaus könnte eine Kamera in der Sensoranordnung 2 vorgesehen sein, mittels derer der von der Beleuchtungsvorrichtung 8 ausgeleuchtete Bereich 13 erfasst wird. Das von der Kamera gelieferte Bild könnte auf einer Anzeigevorrichtung für den Bediener der Baumaschine 1 angezeigt werden.

Claims (11)

  1. Sensoranordnung (2) für eine Baumaschine (1) mit einem Sensor (5), der zur Gewinnung von Messdaten aus einem Abtastbereich (6) oder von einem Abtastpunkt eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Sensoranordnung (2) eine Beleuchtungsvorrichtung (8) zum Ausleuchten des Abtastbereichs (6) oder des Abtastpunkts integriert ist,
    und dass der Sensor (5) ein induktiver Sensor, ein kapazitiver Sensor oder ein Ultraschallsensor ist.
  2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5) ein berührungsloser Sensor (5) ist.
  3. Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (8) zum Aussenden von sichtbarem und/oder infrarotem Licht (11) ausgebildet ist.
  4. Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (8) eine Optik (10) zum Festlegen des von der Beleuchtungsvorrichtung (8) ausgeleuchteten Bereichs (13) aufweist.
  5. Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (10) einstellbar ist, um die Lage und/oder die Größe des von der Beleuchtungsvorrichtung (8) ausgeleuchteten Bereichs (13) zu verändern.
  6. Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Helligkeit der Beleuchtungsvorrichtung (8) variabel ist.
  7. Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5) zur diskontinuierlichen Gewinnung von Messdaten eingerichtet ist und die Beleuchtungsvorrichtung (8) so eingerichtet ist, dass sie nur während der Gewinnung von Messdaten durch den Sensor (5) Licht aussendet.
  8. Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (2) eine auf den Abtastbereich (6) oder den Abtastpunkt ausgerichtete Kamera aufweist.
  9. Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (8) unabhängig vom Betrieb des Sensors (5) aktivierbar ist.
  10. Baumaschine (1) mit einer Sensoranordnung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  11. Baumaschine nach Anspruch 10, wobei die Baumaschine (1) ein Straßenfertiger oder Beschicker ist.
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