DE102018117687A1

DE102018117687A1 - Vorrichtung und Verfahren zum optischen Überwachen der Anordnung wenigstens eines Zugmittels sowie Verwendung

Info

Publication number: DE102018117687A1
Application number: DE102018117687.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Trunkhardt
Original assignee: DR BRANDT GmbH
Current assignee: DR BRANDT GmbH
Priority date: 2018-07-21
Filing date: 2018-07-21
Publication date: 2020-01-23

Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren zum optischen Überwachen der Anordnung wenigstens eines Zugmittels (1), das auf einer drehbar um eine axiale Längsachse (X) gelagerten Wickeleinheit (2) geführt oder in einer oder mehreren Wickellagen (3) auf der Wickeleinheit gewickelt ist, mit den Schritten: Projizieren von Strahlung, insbesondere in Form von einer Lichtebene, auf die Mantelfläche (2.1) der Wickeleinheit; optisches Erfassen der projizierten Strahlung; Auswerten der Geometrie und/oder einer zeitlichen Veränderung der projizierten Strahlung. Erfindungsgemäß erfolgt das Projizieren und optische Erfassen derart, dass die projizierte Strahlung als eine sowohl den Querschnitt (Q1) des Zugmittels (1) als auch die Anordnung des Zugmittels auf der Wickeleinheit (2) und auch die Ausrichtung des Zugmittels und auch den zeitlichen Verlauf beim Auf- oder Abwickeln des Zugmittels charakterisierende Querschnittskonturlinie (L) auswertbar ist. Hierdurch wird eine hohe Betriebssicherheit ermöglicht. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Vorrichtung sowie deren Verwendung.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Überwachen der Anordnung wenigstens eines Zugmittels, insbesondere eines autonom ohne mechanische Hilfsmittel geführten Zugmittels, das auf einer drehbar um eine axiale Längsachse gelagerten Wickeleinheit, geführt oder in einer oder mehreren Wickellagen auf der Wickeleinheit gewickelt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum optischen Überwachen der Anordnung des Zugmittels oder zum Steuern einer Zugmittelanlage basierend auf der Überwachung, insbesondere bei Zugmittelanlagen für den Tief- oder Bergbau. Nicht zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung einer Zugmittelüberwachungseinrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Anspruchs.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Seile, Kabel oder sonstige Zugmittel werden insbesondere bei großen Nutz-Längen auf Rollen oder Trommeln oder Winschen oder Haspeln geführt und auch bei hohen Geschwindigkeiten auf- und abgewickelt. Zugmittel mit großen Nutz-Längen und hohen Sicherheitsanforderungen werden z.B. für Last- oder Personenaufzüge oder insbesondere auch im Hoch- oder Tiefbau benötigt, und/oder im Bergbau, insbesondere im Mienen-Bereich (Fördertechnik). Insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten oder bei Variationen der Zugkraft oder bei sonstigen Lastwechseln besteht das Risiko, dass das Zugmittel nicht sauber auf der Trommel geführt wird. Es kann zu Überläufern oder sonstigen Verwerfungen oder Lücken oder Verklemmungen kommen. Einerseits bedeutet dies ein Sicherheitsrisiko, andererseits auch eine zusätzliche Belastung für das Zugmittel. Ein korrekter Soll-Gleichlauf des Zugmittels muss daher auf möglichst exakte und zuverlässige Weise sichergestellt werden können.
Beim Aufwickeln von Zugmitteln, bzw. vergleichbar auch beim Abwickeln, besteht die Anforderung, das Zugmittel jeweils vollständig über die Breite der Trommel aufzuwickeln, insbesondere jeweils bis zu einer Anschlagsplatte oder einem Absatz, und erst dann in entgegengesetzte Breitenrichtung umzulenken und eine neue Schicht (Ebene) zu beginnen, wenn die darunterliegende Schicht komplett ist und möglichst keine Lücken oder Absätze aufweist. Für den Ingenieur oder für den Betreiber von Anlagen mit Zugmitteln stellt sich daher das Problem, den Gleichlauf des Seiles möglichst zuverlässig sicherzustellen und auch zu überwachen. Die Trommeln können dafür Rillen aufweisen, mittels welchen das Zugmittel (insbesondere Seil) in einigen der Anwendungsfälle auch ganz ohne weitere mechanische Hilfsmittel auf vergleichsweise zuverlässige Weise in der Breitenrichtung geführt werden kann; das Seil führt sich dann autonom. Freilich wirken sich diese Rillen jedoch leider nur direkt auf die unterste Schicht aus. Etwaige Unregelmäßigkeiten ab der zweiten Schicht können sich also dennoch nachteilig auswirken und insbesondere zu einem Überspringen des Seiles führen. Trotz dieser Risiken werden mechanische Hilfsmittel, wie z.B. so genannte Wimmler, nicht gerne eingesetzt, denn sie sind in vielen Fällen sehr fehleranfällig oder sperrig oder bringen sonstige Einschränkungen für den Betrieb der Zugmittelanlage mit sich. Somit werden in vielen Fällen Anordnungen bevorzugt, bei welchen sich das Zugmittel autonom führen kann.
Bisher wurde eine Überwachung des gewünschten Laufes bzw. der gewünschten Position des Zugmittels auf optische Weise bevorzugt. Speziell im Hoch-/Tiefbau oder im Untertagebau sind lange Wege zu überbrücken, und die Zugmittel müssen in manchen Fällen stark gefettet werden, oder bringen Schmutzteile mit. Beispiel: Personen- und/oder Lastkörbe im Unter-Tage-Bergbau bei Teufen (Tiefe unter Tage) bis mehr als 2.000 oder 3.000 Meter und Lasten im Bereich von z.B. 175 bis 200 Tonnen [to], beispielsweise geführt über eine so genannte Blair-Trommel oder Doppeltrommel mit zwei gegenläufig geführten Zugmittelabschnitten, oder auch bei einer Einzeltrommel, einer konischen Trommel, Spiraltrommel, oder dergleichen. Im Bergbau-Betrieb, beispielsweise bei Minen (Bergwerken), setzen sich auch Staub, Dreck oder Partikel auf dem Zugmittel ab, was eine exakte optische Erfassung des Gleichlaufs des Zugmittels beträchtlich erschweren kann. Auch problematisch sind Alterserscheinungen am Zugmittel, z.B. ein ausfransendes Seil, oder Kinken oder Dellen oder Ausbuchtungen im Zugmittel. Insbesondere in diesen „unsauberen“ Anwendungsfällen wird eine optische Erfassung demnach oftmals ungenau bzw. fehlerbehaftet. Dies kann insbesondere auch zu häufigen Fehl-Alarmen führen, mit der Tendenz seitens der Minenbetreiber, dass das Überwachungssystem komplett ausgeschaltet wird. Dies ist nicht förderlich in Hinblick auf Betriebssicherheit und Prozessüberwachung. Es besteht daher ein Bedarf an einer Messtechnik, welche die bisherigen Nachteile überwindet, insbesondere bei „unsauberen“ bzw. bei stark von Nebeneffekten beeinflussten Anwendungen.
Von Interesse scheint insbesondere eine Messanalytik zu sein, welche geeignet ist für folgende Arten von Kinematiken: Zugmittel, insbesondere Seil auf Trommel; Rotation der Trommel zum Aufwickeln oder Abwickeln des Zugmittels; Position des Zugmittels auf der Trommel; Relativposition eines Abschnitts des Zugmittels zu weiteren Abschnitten des Zugmittels. Die Messanalytik kann dabei insbesondere für Seilwinden geeignet sein. Die Messanalytik kann dabei insbesondere für das Erfassen von Überläufern oder für das Erfassen von einem Springen des Zugmittels oder für das Erfassen von Lücken oder sonstigen Ungleichförmigkeiten oder Unregelmäßigkeiten geeignet sein. Die Messanalytik kann insbesondere auf optischen Verfahren basieren.
EP 0 602 504 B1 beschreibt eine Steuerung für das Aufwickeln elektrischer Kabel (Zugmittel), wobei eine Laserquelle zum Beleuchten einer Trommel genutzt wird. Die Laserquelle projiziert eine Linie über die gesamte Länge der Trommel, und zwar nahe dem Punkt, an welchem das Kabel auf die Trommel gezogen wird. Das Kabel wird mittels einer Kabelführung geführt. Dabei wird ein charakteristischer Punkt und dessen Bewegung zur Achse der Trommel bestimmt, und die Kabelführung kann derart angesteuert werden, dass eine möglichst gleichmäßige Wicklung sichergestellt werden kann.
EP 0 129 926 B1 beschreibt ein Verfahren, bei welchem mittels eines optischen Systems die Umrisse von Windungen abgebildet werden, um den Wicklungsverlauf analysieren zu können. Die Analyse soll eine entsprechende Steuerung bei der Führung des Zugmittels mittels einer Kabelführung ermöglichen.
DE 40 36 370 A1 beschreibt ein Verfahren zur Kontrolle des Wicklungsverlaufes orthozyklisch gewickelter Spulen, bei welchem die Oberflächen der Spule in denjenigen Bereichen mit Licht beleuchtet werden, in denen die Wickellagen des Zugmittels abknicken, wobei von den Wickellagen reflektiertes Licht empfangen wird, und wobei verursachte Reflexionsbanden auf Parallelität des Zugmittels kontrolliert werden.
EP 2 914 540 B1 beschreibt ein System zum Steuern des Auf- oder Abwickelns eines Zugmittels, insbesondere eines Kabels oder Hubseiles oder einer Schiffs-Kette, wobei ein Bilderfassungsmittel eine 3D-Aufnahme bereitstellt, um Position und Ausrichtung des Zugmittels zu erfassen.
WO 2008/028751 A1 beschreibt eine in Reihe angeordnete berührungslose Mess-Sensorik, die den Kabeleinzugsverlauf bezüglich einer Trommel bei einem Kran misst. Dabei werden so genannte Lasersensoren verwendet, um eine Abstandsmessung durchzuführen.
Diese Systeme liefern jeweils Vorteile für einzelne Aspekte der Messung. Jedoch ist es wünschenswert, dass die Messung auf noch einfachere, robustere oder zuverlässigere Weise durchgeführt werden kann. Ausgehend von diesen Systemen besteht insbesondere ein Bedarf an noch zuverlässigerer, systemsicherer optischer Messtechnik insbesondere für große Zugmittellängen, insbesondere bei Anwendungen mit starken Nebeneffekten oder starken externen Einflüssen wie z.B. Schmutz auf dem Zugmittel.
Zwar wurden bereits alternative Messtechniken in Betracht gezogen, z.B. die Erfassung von Laständerungen bzw. Lastwechseln, z.B. bedingt durch einen Seilsprung, um Rückschlüsse auf den Gleichlauf des Seiles schließen zu können. Diese Messtechniken bringen jedoch Unsicherheiten mit sich, insbesondere da die Art und Weise der Auswertung eher indirekt ist, so dass der Einfluss von externen Faktoren wie z.B. Fett, Schmutz oder dergleichen zumindest in einigen Anwendungsfällen nicht besonders exakt berücksichtigt werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe ist, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, womit die Überwachung der Anordnung wenigstens eines Zugmittels auf einer Wickeleinheit auf einfache, robuste und zuverlässige Weise durchgeführt werden kann, insbesondere bei einem autonom ohne mechanische Hilfsmittel geführten Zugmittel. Diese Aufgabe ist auch dahingehend konkretisierbar, dass die Überwachung der Anordnung des Zugmittels derart fehlerfrei erfolgen kann, dass die Überwachung auch eine Steuerung einer Zugmittelanlage ermöglicht, insbesondere die Steuerung eines Antriebs der Wickeleinheit, insbesondere bei einem autonom ohne mechanische Hilfsmittel geführten Zugmittel. Nicht zuletzt besteht die Aufgabe auch darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung der Anordnung des Zugmittels bereitzustellen, womit die Überwachung auch dann zuverlässig und möglichst wenig fehleranfällig durchgeführt werden kann, wenn beträchtliche Längen eines stark verunreinigten oder bereits beschädigten oder rauen oder verschmutzten Zugmittels auf- und abgewickelt werden müssen, insbesondere bei großen Geschwindigkeiten, insbesondere im Bergbau bei großen Teufen bis mehr als 2.000 oder 3.000 Meter.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch sowie durch eine Zugmittelüberwachungseinrichtung gemäß dem nebengeordneten Vorrichtungsanspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den jeweiligen Unteransprüchen erläutert. Die Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind miteinander kombinierbar, sofern dies nicht explizit verneint ist. Die Erfindung wird zunächst unter Bezugnahme auf die Vorrichtung erläutert.
Bereitgestellt wird eine Zugmittelüberwachungseinrichtung eingerichtet zum optischen Überwachen des Gleichlaufs bzw. der Anordnung wenigstens eines Zugmittels, insbesondere Seiles, das auf einer drehbar um eine axiale Längsachse gelagerten Wickeleinheit, insbesondere Trommel, geführt oder in einer oder mehreren Wickellagen auf der Wickeleinheit gewickelt ist/wird, wobei die Zugmittelüberwachungseinrichtung aufweist: wenigstens eine Projektionseinheit eingerichtet zum Projizieren von Strahlung,, insbesondere in Form von einer Lichtebene, auf die Mantelfläche der Wickeleinheit; wenigstens eine Erfassungseinheit eingerichtet zum optischen Erfassen der auf die Mantelfläche projizierten Strahlung; eine Recheneinheit eingerichtet zum Auswerten der Geometrie und/oder einer zeitlichen Veränderung der projizierten Strahlung.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Zugmittelüberwachungseinrichtung eingerichtet ist zum Projizieren und Erfassen derart, dass die projizierte Strahlung als eine sowohl den Querschnitt des Zugmittels als auch die relative Anordnung des Zugmittels auf der Wickeleinheit und auch die Ausrichtung des Zugmittels und auch den zeitlichen Verlauf beim Auf- oder Abwickeln des Zugmittels charakterisierende Querschnittskonturlinie auswertbar ist, wobei die projizierte Strahlung insbesondere aus einer zumindest annähernd tangentialen Richtung oder Tangentialebene erfassbar ist. Dies erleichtert das Erfassen und Auswerten von Überläufern, von einem Springen des Zugmittels, von Lücken zwischen gewickelten Zugmittelabschnitten, oder von sonstigen Ungleichförmigkeiten oder Risiken, insbesondere bei autonom geführten Zugmitteln.
Dabei ist die Querschnittskonturlinie bezüglich wenigstens einer Bezugsgröße oder wenigstens eines Referenzpunktes aus der folgenden Gruppe auswertbar: Zeit, radiale Richtung oder Radialposition einer Soll-Anordnung für wenigstens einen Querschnittskonturlinienabschnitt, Längsrichtung oder Längsposition einer Soll-Anordnung für wenigstens einen Querschnittskonturlinienabschnitt, Geometrie der Querschnittskonturlinie oder geometrische Abweichung wenigstens eines Querschnittskonturlinienabschnitts von einer Soll-Geometrie der Querschnittskonturlinie, Abstand mehrerer erfasster Referenzpunkte relativ zueinander, Geschwindigkeit der Verlagerung eines erfassten Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung, Betrag einer Unstetigkeit bei der Verlagerung des Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung. Hierdurch kann insbesondere auch ein Überspringen des Zugmittels auf zuverlässige, robuste Weise diagnostiziert werden.
Dank der erfindungsgemäßen Auswertung der Querschnittskonturlinie, insbesondere des Linienverlaufes, kann auch der folgende Nutzen realisiert werden: Basierend auf Richtungswechseln (Auf- und Abwickeln) kann die Anzahl der Lagen auf der Wickeleinheit bestimmt werden. In vielen Fällen ist die Anzahl der Wickel-Lagen eine Größe, die von Seilherstellern im Kontext der Festigkeit vorgegeben wird (maximal zulässige Anzahl von Lagen). Bisher ist es jedoch noch nicht auf einfache oder ausreichend zuverlässige Art und Weise möglich, die Anzahl von Lagen zu erfassen. Dank der umfangreichen Auswerte-Möglichkeiten kann diese Messung nun belastbarer und robuster werden.
Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere bei Anwendung von Lasertechnik und bei Analyse der von Laserstrahlen bzw. flächigen Laserstrahl-Fächern erzeugten projizierten Linien besonders zuverlässig angewandt werden kann. Optional können dabei auch Gitterstrukturen projiziert werden, insbesondere auf einen Übergang zwischen der Mantelfläche der Wickeleinheit und der Seil-Mantelfläche, insbesondere zur Erfassung eines Radius bzw. Winkels im Übergang zwischen Zugmittel und Wickeleinheit. Dabei kann z.B. auch eine Analyse eines Grades einer Verzerrung von einer projizierten Gitterstruktur erfolgen. Insbesondere kann durch eine Deduktion vom Grad der Wölbung einzelner Linien der Gitterstruktur auf die Anordnung des Seiles geschlossen werden. Die optische Analyse der Relativposition des Seils bzw. der jeweiligen Seilwindung auf der Trommel kann dabei auch bezüglich einzelner Abschnitte des Seiles fokussiert werden. Die Auswertung kann bezüglich Unebenheiten in einer verzerrten projizierten Gitterstruktur erfolgen, insbesondere in Hinblick auf eine Soll-Verzerrung, welche z.B. auch durch die verwendete Trommel und/oder durch das verwendete Seil bzw. durch die Schnittstelle zw. Trommel und Seil vorgegeben sein kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Zugmittelüberwachungseinrichtung eingerichtet zum Auswerten der Geometrie der Querschnittskonturlinie in Bezug auf wenigstens eine Abweichung der Soll-Geometrie in radialer Richtung, insbesondere in Bezug auf eine Abweichung von einer durch wenigstens ein Kreisbogensegment definierten Soll-Geometrie. Dies liefert auch Vorteile bezüglich der Auswertung hinsichtlich Überläufern oder gesprungenem Zugmittel.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Zugmittelüberwachungseinrichtung eingerichtet zum Auswerten einer geometrische Abweichung der Querschnittskonturlinie von einer Soll-Geometrie und/oder von einer Soll-Anordnung jeweils in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung, insbesondere in Bezug auf eine geometrische Abweichung von der Soll-Geometrie eines Kreisbogensegments eines kreisrunden Querschnitts und/oder in Bezug auf eine Soll-Anordnung eines radialen Maximums (Scheitelpunkts) der Querschnittskonturlinie. Dies liefert auch eine große Flexibilität bei der Auswertung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Zugmittelüberwachungseinrichtung eingerichtet zum Auswerten in Bezug auf ein radiales Maximum (Scheitelpunkt) eines Halbkreisbogens der Querschnittskonturlinie und/oder in Bezug auf eine Wölbung (Krümmungsradius) wenigstens eines Querschnittskonturlinienabschnittes. Dies liefert eine messtechnische Basis insbesondere auch bezüglich eines einzelnen Zugmittelabschnittes.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Zugmittelüberwachungseinrichtung eingerichtet zum Auswerten in Bezug auf einen Übergangspunkt zwischen der Mantelfläche der Wickeleinheit und der Mantelfläche des Zugmittels, insbesondere in Bezug auf einen am Übergangspunkt gebildeten Winkel oder Radius. Dies liefert eine messtechnische Basis insbesondere auch bezüglich eines im aktuellen Moment auf- oder abgewickelten Abschnitts des Zugmittels und kann Vorteile hinsichtlich einer Reaktionszeit liefern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Projektionseinheit eine Laserlichtquelle auf, insbesondere eine Laserlichtquelle eingerichtet zum Projizieren von grünem Laserlicht. Dies liefert nicht zuletzt auch eine geringe Fehleranfälligkeit, wobei auch das simultane Projizieren von mehreren Linien vereinfacht wird. Insbesondere kann dadurch die Auswertung erleichtert werden, insbesondere auch bei hoher Genauigkeit. Es hat sich gezeigt, dass grünes Laserlicht insbesondere im Tiefbau bei starken Verschmutzungen des Zugmittels eine zuverlässige Auswertung begünstigen kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Zugmittel ein autonom ohne mechanische Hilfsmittel geführtes Zugmittel. Die Zugmittelanlage ist entsprechend eingerichtet für ein autonom geführtes Zugmittel. Dies kann Fehlerquellen vermeiden, insbesondere solche, die durch mechanische Hilfsmittel begründet sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Zugmittelüberwachungseinrichtung eingerichtet zur Auswertung der Ausrichtung und/oder Anordnung eines freien Abschnitts des Zugmittels. Dies hat auch Vorteile bei Anwendungen ohne mechanische Hilfsmittel für die Seilführung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Zugmittelüberwachungseinrichtung eingerichtet zum Projizieren derart, dass in radialer Draufsicht eine optische Linie in einer Ausrichtung zumindest annähernd parallel zur Längsachse der Wickeleinheit auf der Mantelfläche ausgebildet wird. Dies liefert auch eine gute Genauigkeit und kann die Auswertung erleichtern, insbesondere hinsichtlich Variationen im Querschnitt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Zugmittelüberwachungseinrichtung eingerichtet zum Projizieren derart, dass wenigstens zwei optische Linien auf der Mantelfläche erzeugt werden, insbesondere in paralleler Anordnung, insbesondere in Umfangsrichtung versetzt um einen Umfangswinkel im Bereich von 1 bis 45°. Dies kann die Zuverlässigkeit der Messung verbessern. Zudem kann die Ausrichtung oder der Verlauf des Zugmittels dabei auf einfache Weise erfasst werden. Optional kann ein Vielzahl optischer Linien über einen Umfangsbereich von über 90 oder 180 oder 270° projiziert und ausgewertet werden, beispielsweise 5 oder 10 optische Linien jeweils im Winkel von 5 bis 35°, insbesondere in paralleler Anordnung zueinander. Wahlweise können dabei auch aus den Linien bzw. aus der Strahlung erzeugte Gitterstrukturen projiziert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Zugmittelüberwachungseinrichtung eingerichtet zum Auswerten der Längsposition und/oder der Radialposition einer radialen Abweichung der Querschnittskonturlinie in Bezug auf einen Durchmesser der Wickeleinheit und/oder in Bezug auf eine bereits auf- oder abgewickelte Länge des Zugmittels. Hierdurch kann eine Irregularität insbesondere auch in Bezug auf eine Wickelgeschwindigkeit oder in Bezug auf eine bereits gewickelte Länge ausgewertet werden, was die Genauigkeit steigern kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Zugmittelüberwachungseinrichtung eine Steuerungseinrichtung eingerichtet zum Steuern einer Zugmittelanlage mit Wickeleinheit auf, insbesondere eingerichtet zum Ausschalten oder Drosseln eines Antriebs der Zugmittelanlage. Hierdurch kann nicht nur eine Überwachung, sondern auch eine Steuerung bzw. ein Eingriff in den Betriebsmodus einer Zugmittelanlage erfolgen. Es ergeben sich auch sicherheitstechnische Vorteile.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Zugmittelüberwachungseinrichtung eingerichtet zur Nachführung der Projektionseinheit in Abhängigkeit der Drehzahl und/oder in Abhängigkeit der Wickeldicke oder der Anzahl von Wickellagen auf der Wickeleinheit. Hierdurch kann eine hohe Genauigkeit der Erfassung und Auswertung sichergestellt werden. Die Art und Weise der Nachführung kann dabei je nach verwendeten Kameras (Erfassungseinheiten) gewählt werden, insbesondere in Abhängigkeit einer Tiefenschärfe. Bei beengten Platzverhältnissen können eine oder mehrere Erfassungseinheiten insbesondere in einem Abstand von 2 bis 3 Metern [m] zur Wickeleinheit angeordnet werden. Das berührungslose Erfassen aus diesem Mindestabstand hat Vorteile insbesondere auch hinsichtlich Durchmesservariationen und hinsichtlich Schmutz auf dem Zugmittel.
ITEM Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Zugmittelüberwachungseinrichtung eingerichtet zum optischen Überwachen der Anordnung wenigstens eines Zugmittels, insbesondere Seiles, das auf einer drehbar um eine axiale Längsachse gelagerten Wickeleinheit, insbesondere Trommel, geführt oder in einer oder mehreren Wickellagen auf der Wickeleinheit gewickelt ist/wird, wobei die Zugmittelüberwachungseinrichtung aufweist: wenigstens eine Projektionseinheit eingerichtet zum Projizieren von Strahlung, insbesondere in Form von einer Lichtebene, auf die Mantelfläche der Wickeleinheit; wenigstens eine Erfassungseinheit eingerichtet zum optischen Erfassen der auf die Mantelfläche projizierten Strahlung; eine Recheneinheit eingerichtet zum Auswerten der Geometrie und/oder einer zeitlichen Veränderung der projizierten Strahlung; wobei die Zugmittelüberwachungseinrichtung eingerichtet ist zum Projizieren und Erfassen derart, dass die projizierte Strahlung als eine sowohl den Querschnitt des Zugmittels als auch die relative Anordnung des Zugmittels auf der Wickeleinheit und auch die Ausrichtung des Zugmittels und auch den zeitlichen Verlauf beim Auf- oder Abwickeln des Zugmittels charakterisierende Querschnittskonturlinie auswertbar ist, insbesondere aus einer zumindest annähernd tangentialen Richtung oder Tangentialebene, wobei die Querschnittskonturlinie bezüglich wenigstens einer Bezugsgröße oder wenigstens eines Referenzpunktes aus der folgenden Gruppe auswertbar ist: Zeit, radiale Richtung oder Radialposition einer Soll-Anordnung für wenigstens einen Querschnittskonturlinienabschnitt, Längsrichtung oder Längsposition einer Soll-Anordnung für wenigstens einen Querschnittskonturlinienabschnitt, Geometrie der Querschnittskonturlinie oder geometrische Abweichung wenigstens eines Querschnittskonturlinienabschnitts von einer Soll-Geometrie der Querschnittskonturlinie, Abstand mehrerer erfasster Referenzpunkte relativ zueinander, Geschwindigkeit der Verlagerung eines erfassten Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung, Betrag einer Unstetigkeit bei der Verlagerung des Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung, Drehrichtung der Wickeleinheit; und wobei die Zugmittelüberwachungseinrichtung eingerichtet ist zum Auswerten in Bezug auf ein radiales Maximum eines Halbkreisbogens der Querschnittskonturlinie und/oder in Bezug auf eine Wölbung wenigstens eines Querschnittskonturlinienabschnittes und/oder in Bezug auf einen Übergangspunkt zwischen der Mantelfläche der Wickeleinheit und der Mantelfläche des Zugmittels, insbesondere in Bezug auf einen am Übergangspunkt gebildeten Winkel oder Radius, und wobei die Projektionseinheit eine Laserlichtquelle aufweist, insbesondere eine Laserlichtquelle eingerichtet zum Projizieren von grünem Laserlicht, und wobei die Zugmittelüberwachungseinrichtung eingerichtet ist zum Projizieren derart, dass in radialer Draufsicht eine optische Linie in einer Ausrichtung zumindest annähernd parallel zur Längsachse der Wickeleinheit auf der Mantelfläche ausgebildet wird. Hierdurch ergeben sich zahlreiche der zuvor genannten Vorteile, insbesondere an einer Zugmittelanlage mit autonom geführtem Zugmittel ohne mechanische Hilfsmittel für die Zugmittelführung.
Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Zugmittelanlage eingerichtet zum gesteuerten Auf- und/oder Abwickeln wenigstens eines Zugmittels, mit wenigstens einer drehbar um eine axiale Längsachse gelagerten Wickeleinheit, insbesondere Trommel, und mit einer Antriebseinheit, und mit wenigstens einem auf der Wickeleinheit gewickelten Zugmittel, insbesondere Seil, und ferner mit einer zuvor beschriebenen Zugmittelüberwachungseinrichtung. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt jeweils eingerichtet zum Durchführen der hier beschriebenen Auswertung bzw. zum Vorgeben der hier beschriebenen Verfahrensschritte.
Die zuvor genannte Aufgabe wird wie erwähnt auch gelöst durch ein Verfahren zum optischen Überwachen des Gleichlaufs bzw. der Anordnung wenigstens eines Zugmittels, insbesondere Seiles, das auf einer drehbar um eine axiale Längsachse gelagerten Wickeleinheit, insbesondere Trommel, geführt oder in einer oder mehreren Wickellagen auf der Wickeleinheit gewickelt ist/wird, mit den Schritten:

Projizieren von Strahlung auf die Mantelfläche der Wickeleinheit;
- optisches Erfassen der auf die Mantelfläche projizierten Strahlung im Seitenprofil (Radialebene) in Seitenansicht, wobei die projizierte Strahlung in Form von wenigstens einer optischen Linie, insbesondere geradlinigen Linie, insbesondere Laserlichtlinie abgebildet bzw. reflektiert werden kann, insbesondere in Form von einer Lichtebene bzw. erzeugt durch einen Lichtfächer, aus einer radialen Draufsicht aus zumindest annähernd radialer Richtung;
Auswerten der Geometrie und/oder einer zeitlichen Veränderung der projizierten Strahlung; wobei das Projizieren und optische Erfassen derart erfolgt, dass die projizierte Strahlung als eine sowohl den Querschnitt des Zugmittels als auch die relative Anordnung des Zugmittels auf der Wickeleinheit und auch die Ausrichtung des Zugmittels und auch den zeitlichen Verlauf beim Auf- oder Abwickeln des Zugmittels charakterisierende Querschnittskonturlinie auswertbar ist, insbesondere indem die durch die projizierte Strahlung erzeugte Kontur aus einer zumindest annähernd tangentialen Richtung oder Tangentialebene erfasst wird. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile. Insbesondere kann eine sehr zuverlässige, robuste Messung sichergestellt werden.

Dabei kann die Auswertung der Querschnittskonturlinie bezüglich wenigstens einer Bezugsgröße oder wenigstens eines Referenzpunktes aus der folgenden Gruppe erfolgen: Zeit, radiale Richtung oder Radialposition einer Soll-Anordnung für wenigstens einen Querschnittskonturlinienabschnitt, Längsrichtung oder Längsposition einer Soll-Anordnung für wenigstens einen Querschnittskonturlinienabschnitt, Geometrie der Querschnittskonturlinie oder geometrische Abweichung wenigstens eines Querschnittskonturlinienabschnitts von einer Soll-Geometrie der Querschnittskonturlinie, Abstand mehrerer erfasster Referenzpunkte relativ zueinander, Geschwindigkeit der Verlagerung eines erfassten Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung, Betrag einer Unstetigkeit bei der Verlagerung des Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung, Drehrichtung der Wickeleinheit. Optional kann dabei auch die Liniendicke ausgewertet werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Auswerten in Bezug auf wenigstens eine geometrische Abweichung der Querschnittskonturlinie von einer Soll-Geometrie und/oder von einer Soll-Anordnung jeweils in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung durchgeführt, insbesondere in Bezug auf eine geometrische Abweichung von der Soll-Geometrie eines Kreisbogensegments eines kreisrunden Querschnitts und/oder in Bezug auf eine Soll-Anordnung eines radialen Maximums (Scheitelpunkts) der Querschnittskonturlinie. Dies ermöglicht auch die spezifische Auswertung bezüglich einzelner Abschnitte des Zugmittels. Die Soll-Anordnung kann z.B. durch den Abstand zwischen zwei benachbarten gewickelten Zugmittelabschnitten vorgegeben sein/werden.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Auswerten in Bezug auf wenigstens eine geometrische Abweichung der Querschnittskonturlinie, insbesondere eines radialen Maximums (Scheitelpunkts) eines Halbkreisbogens der Querschnittskonturlinie, von einer durch aneinandergereihte Halbkreisbögen definierten Soll-Geometrie. Diese Art von geometrischem Vergleich kann die Auswertung erleichtern.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Auswerten in Bezug auf eine Wölbung (Krümmungsradius) wenigstens eines Querschnittskonturlinienabschnittes. Eine Bezugnahme auf die Wölbung kann den Umfang der Auswertung erweitern oder die Auswertung robuster ausgestalten.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Auswerten zumindest auch in Bezug auf die Anordnung der Querschnittskonturlinie des zuletzt auf- oder abgewickelten äußersten Abschnitts des Zugmittels, insbesondere in Bezug auf die relative Anordnung der Querschnittskonturlinie des äußersten Abschnitts relativ zur Querschnittskonturlinie des benachbarten gewickelten Abschnitts des Zugmittels. Dies ermöglicht auch eine schnelle Reaktionszeit. Die Auswertung des Verlaufes des äußersten Abschnitts liefert auch ein besonders belastbares Messergebnis.
Gemäß einer Ausführungsform wird Laserlicht projiziert, insbesondere grünes Laserlicht. Dies ermöglicht auch einen hohen Grad an Genauigkeit oder eine große Sensibilität bei der Messung/Erfassung/Auswertung.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Verfahren an einer Wickeleinheit für den Tiefbau oder Bergbau durchgeführt, insbesondere an einer Doppeltrommel, insbesondere an einer Blair-Trommel. Bei dieser Anwendung ergeben sich Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere auch aufgrund häufiger Belastungen des Zugmittels durch Verunreinigungen (Schmutz, Fett).
Gemäß einer Ausführungsform wird das Zugmittel autonom ohne mechanische Hilfsmittel geführt. Dies kann weitere Fehlerquellen durch derartige mechanische Hilfsmittel vermeiden.
Gemäß einer Ausführungsform eine Auswertung der Ausrichtung und/oder der Anordnung eines freien Abschnitts des Zugmittels. Dies liefert auch Vorteile bei Anordnungen ohne mechanische Hilfsmittel für die Seilführung.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Auswerten zumindest auch in Bezug auf einen Übergangspunkt zwischen der Mantelfläche der Wickeleinheit und der Mantelfläche des Zugmittels, insbesondere hinsichtlich eines am Übergangspunkt gebildeten Winkels oder Radius. Dies kann auch den Umfang der Auswertung und die für die Analyse bereitgestellte Datengrundlage erweitern.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Auswerten der Geometrie und/oder einer zeitlichen Veränderung ein Auswerten der mittels der Strahlung auf die Oberfläche des gewickelten Zugmittels projizierten optischen Querschnittskonturlinie in Bezug auf wenigstens einen Querschnitt des Zugmittels.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Auswerten der Geometrie in Bezug auf eine stetige oder unstetige geometrische Abweichung von der Soll-Geometrie in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung in Relation zu einer weiteren stetigen oder unstetigen geometrischen Abweichung von der Soll-Geometrie durchgeführt, insbesondere indem der Abstand von zwei in Längsrichtung benachbarten Referenzpunkten erfasst wird und in Bezug auf den Durchmesser des Zugmittels ausgewertet wird. Dies erleichtert insbesondere auch eine Auswertung in Bezug auf eine Soll-Position des Zugmittels in Längsrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Auswerten der Geometrie oder der zeitlichen Veränderung in Bezug auf einen Querschnittskonturlinienabschnitt in Ausgestaltung als Kreisbogensegment durchgeführt, welcher Querschnittskonturlinienabschnitt am weitesten radial außen angeordnet ist und in axialer Richtung relativ zu weiteren Kreisbogensegmenten der Querschnittskonturlinie außenliegend angeordnet ist. Dies liefert auch eine Datengrundlage für eine Auswertung quasi in Echtzeit, mit minimaler zeitlicher Verzögerung.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Auswerten der Geometrie oder der zeitlichen Veränderung in Bezug auf eine unstetige geometrische Abweichung von der Soll-Geometrie in radialer Richtung durchgeführt, wobei auch die Längsposition der unstetigen radialen Abweichung ausgewertet wird, insbesondere in Relation zu einer weiteren stetigen oder unstetigen Abweichung. Gemäß einer Ausführungsform wird das Auswerten der Geometrie oder der zeitlichen Veränderung in Bezug auf eine unstetige geometrische Abweichung von der Soll-Geometrie in radialer Richtung durchgeführt, wobei auch die Radialposition der unstetigen radialen Abweichung ausgewertet wird, insbesondere in Relation zu einer weiteren stetigen oder unstetigen Abweichung. Dies ermöglicht jeweils einen spezifischen Bezug auf die radiale Richtung bzw. auf die Längsrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Längsposition und/oder die Radialposition der radialen Abweichung der Querschnittskonturlinie in Bezug auf einen Zeitpunkt oder einen zeitlichen Verlauf oder eine Geschwindigkeit einer Verlagerung in Längsrichtung ausgewertet. Dies kann auch messtechnische Redundanz und damit eine Art Plausibilitätsprüfung ermöglichen.
Die gemäß Stand der Technik verwendeten mechanischen Seilführungen haben in vielen Fällen den Nachteil, dass Fette (Schmierfette) des Seils oder der Seilführungen recht schnell Schmutz anziehen und dadurch auch abrasiv werden, und dadurch kann es zu Störungen kommen, sogar zu Betriebsausfällen. Anlagenbetreiber möchten daher gerne auf mechanische Zuführungen, soweit möglich, verzichten.
Dank der/des erfindungsgemäßen Vorrichtung und Verfahrens kann die Anordnung und Ausrichtung des Zugmittels auch unter Bezugnahme auf einen zeitlichen Verlauf dem Anlagenbetreiber Hinweise geben, wo die Störungen in seiner Anlage sein könnten bzw. wie sie entstanden sein könnten. Insbesondere die Speicherung des zeitlichen Verlaufs erlaubt eine vergleichende Analyse mit anderen möglichen Ursachen für eine Störung, z. B. im Schacht, z.B. ein kurzzeitiges Verklemmen verursacht durch schadhafte Rollen am Förderkorb. Hierzu kann die Vorrichtung auch einen Datenspeicher und eine Datenbank zum Abspeichern der Messdaten aufweisen.
Über eine zeitlich längerfristig z.B. über mehrere Tage angelegte Datenanalyse (Vergleich) kann auch (zumindest in der Tendenz) eine Aussage zu einer etwaigen Streckung des Zugmittels (Änderung des Durchmessers) getroffen werden, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Änderung des Umfangs bzw. der Lagerdicke. Somit kann bedarfsweise eine Sicherheits-Überprüfung an der Anlage veranlasst werden.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Auswertung der Querschnittskonturlinie zumindest bezüglich der Bezugsgröße Zeit, wobei eine Auswertung einer zeitlichen Veränderung wenigstens einer Bezugsgröße oder wenigstens eines Referenzpunktes aus der folgenden Gruppe erfolgt: Abstand mehrerer erfasster Referenzpunkte relativ zueinander, Geschwindigkeit der Verlagerung eines erfassten Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung, Durchmesser des Zugmittels, Betrag einer Unstetigkeit bei der Verlagerung des Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung. Diese Auswertung mit Zeitbezug kann den Umfang der Analyse erweitern und die Betriebssicherheit weiter steigern.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Längsposition und/oder die Radialposition der radialen Abweichung der Querschnittskonturlinie in Bezug auf einen Durchmesser der Wickeleinheit und/oder in Bezug auf eine bereits auf- oder abgewickelte Länge des Zugmittels ausgewertet. Dies erleichtert auch einen relativen Bezug von Messergebnissen, insbesondere hinsichtlich der Dicke des untersuchten Zugmittels.
Gemäß einer Ausführungsform wird als Abweichung von der Soll-Geometrie in radialer Richtung eine durch einen Halbkreisbogen oder durch ein zumindest annähernd kreisrundes Kreisbogensegment gebildete Abweichung ausgewertet, insbesondere zumindest ein Halbkreis-Querschnitt des Zugmittels umgrenzend, insbesondere ein in radialer Richtung maximal radial außen liegendes radiales Maximum der Querschnittskonturlinie. Dies erleichtert auch die Bezugnahme auf einen einzelnen Abschnitt bzw. eine einzelne Windung des Zugmittels.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Projizieren derart, dass in radialer Draufsicht eine optische Linie in einer Ausrichtung zumindest annähernd parallel zur Längsachse der Wickeleinheit auf der Mantelfläche ausgebildet wird. Dies erleichtert auch einen geometrischen Vergleich.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Projizieren derart, dass wenigstens zwei optische Linien auf der Mantelfläche erzeugt werden, insbesondere in paralleler Anordnung, insbesondere in Umfangsrichtung versetzt um einen Umfangswinkel im Bereich von 1 bis 45°, insbesondere wenigstens eine Linie auf einen gewickelten Abschnitt und wenigstens eine Linie auf einen freien Abschnitt des Zugmittels. Dies erleichtert auch eine Auswertung in Bezug auf den Verlauf in Umfangsrichtung. Der Versatz kann dabei auch kleiner als 1° sein, sofern sich eine solche Winkeldifferenz technisch realisieren lässt. Die Untergrenze 1° ist hier exemplarisch angegeben, um hervorzuheben, dass ein Mindestversatz in Umfangsrichtung vorteilhaft ist.
ITEM Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum optischen Überwachen der Anordnung wenigstens eines Zugmittels, insbesondere Seiles, das auf einer drehbar um eine axiale Längsachse gelagerten Wickeleinheit, insbesondere Trommel, geführt oder in einer oder mehreren Wickellagen auf der Wickeleinheit gewickelt ist/wird, mit den Schritten:

-Projizieren von Strahlung, insbesondere in Form von einer Lichtebene, auf die Mantelfläche der Wickeleinheit;
-optisches Erfassen der projizierten Strahlung;
-Auswerten der Geometrie und/oder einer zeitlichen Veränderung der projizierten Strahlung;

Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Steuern einer Zugmittelanlage mit Wickeleinheit, insbesondere zum Ausschalten oder Drosseln eines Antriebs der Zugmittelanlage, umfassend ein zuvor beschriebenes Verfahren zum Überwachen, wobei wenigstens ein Parameter aus der folgenden Gruppe ausgewertet wird und bei Überschreiten eines Schwellwertes ein Steuersignal emittiert wird: Radialposition eines erfassten Referenzpunktes; Längsposition eines erfassten Referenzpunktes; Abstand mehrerer erfasster Referenzpunkte relativ zueinander; Geschwindigkeit der Verlagerung eines erfassten Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung; Betrag einer Unstetigkeit bei der Verlagerung des Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung; zeitliche Veränderung wenigstens einer Bezugsgröße oder wenigstens eines Referenzpunktes aus der folgenden Gruppe: Abstand mehrerer erfasster Referenzpunkte relativ zueinander, Geschwindigkeit der Verlagerung eines erfassten Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung, Durchmesser des Zugmittels, Betrag einer Unstetigkeit bei der Verlagerung des Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird wie erwähnt auch gelöst durch Verwendung einer zuvor beschriebenen Zugmittelüberwachungseinrichtung an einer Zugmittelanlage mit einer Wickeleinheit in Ausgestaltung als Blair-Trommel, insbesondere bei Anwendungen im Tiefbau oder Bergbau, insbesondere an einer Zugmittelanlage mit autonom geführtem Zugmittel ohne mechanische Hilfsmittel für die Zugmittelführung. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird wie erwähnt auch gelöst durch Verwendung einer zuvor beschriebenen Zugmittelüberwachungseinrichtung an einer Zugmittelanlage mit einem Zugmittel, insbesondere Seil, mit einer Länge von über 1000 oder 2000 Metern und bei Lasten über 1 oder 10 Tonnen, insbesondere an einer Zugmittelanlage mit autonom geführtem Zugmittel ohne mechanische Hilfsmittel für die Zugmittelführung. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Figurenliste
In den nachfolgenden Zeichnungsfiguren wird die Erfindung noch näher beschrieben, wobei für Bezugszeichen, die nicht explizit in einer jeweiligen Zeichnungsfigur beschrieben werden, auf die anderen Zeichnungsfiguren verwiesen wird. Es zeigen:

1A, 1B, 1C jeweils in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung eine Anordnung eins Zugmittels auf einer Wickeleinheit;
2A, 2B, 2C jeweils in einer Seitenansicht bzw. in einer Schnittansicht in schematischer Darstellung eine Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2D, 2E, 2F, 2G, 2H jeweils in einer tangentialen Schnittansicht in schematischer Darstellung eine Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel sowie Beispiele für geometrisch auswertbare Abweichungen;
3A, 3B, 3C jeweils in schematischer Darstellung eine Erfassung von geometrischen Abweichungen und/oder eines zeitlichen Verlaufes einer Querschnittskonturlinie gemäß einer Ausführungsform, mittels einer oder zwei projizierten Linien;
4A, 4B, 4C, 4D jeweils in einer Schnittansicht in schematischer Darstellung eine Nachführung einer Projektionseinheit gemäß einer Ausführungsform; und
5 in schematischer Darstellung eine Zugmittelüberwachungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
In der 1A ist ein Zugmittel 1 gezeigt, das auf einer Wickeleinheit 2, insbesondere Trommel aufgewickelt ist und in einer einzelnen Wickellage auf der Mantelfläche 2.1 der Wickeleinheit 2 aufliegt. Die Wickeleinheit 2 erstreckt sich in Längsrichtung x längs der Längsachse X, um welche die Wickeleinheit 2 drehbar gelagert ist.
1B zeigt eine Spur 4, welche auf der Mantelfläche 2.1 vorgesehen ist und eine Soll-Position des jeweiligen Zugmittelabschnitts definieren kann, insbesondere um ein autonomes Führen des Zugmittels ohne mechanische Hilfsmittel zu erleichtern. Ferner ist die Ausrichtung xu1 (geometrischer Verlauf) eines gewickelten Abschnitts des Zugmittels angedeutet.
1C einen ersten Zugmittelstrang bzw. Zugmittelabschnitt 1A und einen zweiten Zugmittelstrang bzw. Zugmittelabschnitt 1B, welche simultan auf zwei Trommeln 2.1 einer Doppeltrommel-Anordnung oder einer Blair-Trommel-Anordnung jeweils in mehreren Wickellagen 3 aufgewickelt sind. Der jeweilige Zugmittelabschnitt 1A, 1B wird in Längsrichtung beim Auf- oder Abwickeln hin und her geführt. Dabei wirkt üblicherweise eine Zugkraft F1 auf das jeweilige Zugmittel, wobei die Richtung der Kraft die Ausrichtung xt1 (Zugrichtung) eines freien Abschnitts des Zugmittels definiert. Als freier Abschnitt des Zugmittels ist dabei ein Abschnitt zu verstehen, welcher ohne weitere Zugmittelführung zur Last führt (insbesondere ohne Zwischenschaltung mechanischer Hilfsmittel zur Seilführung).
Beim zweiten Zugmittelabschnitt 1B kann ein (fehlerhafter) Versatz Δr in radialer Richtung beobachtet werden. Ein solcher Versatz kann einen Fehler begründen, welcher ein Ansteuern einer Zugmittelanlage erforderlich machen kann.
2A, 2B zeigen jeweils eine einzelne Wickeleinheit 2, wobei eine Projektion von Strahlung bzw. Licht, insbesondere Laserlicht, mittels einer Projektionseinheit 11 auf die Mantelfläche 2.1 erfolgt, insbesondere aus exakt radialer Richtung.
2C zeigt im Schnittbild die Art und Weise der Projektion. Das Projizieren erfolgt in einer Radialebene xrl derart, dass die Querschnittskontur des Zugmittels im Seitenprofil erfassbar und auswertbar ist. Das optische Erfassen der projizierten Strahlung erfolgt mittels einer Erfassungseinheit 13, insbesondere in tangentialer Ausrichtung der Sichtachse der Erfassungseinheit. In 2C ist ferner die Umfangsrichtung u angedeutet.
2D, 2E, 2F, 2G, 2H zeigen jeweils einzelne Aspekte es Projizierens, Erfassens und Auswertens. 2D zeigt die projizierte Querschnittskonturlinie L, insbesondere Laserlicht-Linie, wobei mittels einer Strichlinie die untere Hälfte des Querschnitts des Zugmittels angedeutet ist. Der Durchmesser d1 des Zugmittels kann einen Soll-Abstand in Längsrichtung dx vorgeben, insbesondere zwischen zwei Referenzpunkten. Zwei tatsächlich vorliegende Abstände zwischen den Mittelpunkten des jeweiligen Querschnitts werden durch die Abstände dx1, dx2 gekennzeichnet.
2E zeigt zwei erste Referenzpunkte R1, insbesondere zwei unstetige Unterbrechungen. Durch einen Versatz in Längsrichtung wird die projizierte Strahlung nicht von der obersten Wickellage reflektiert. Ein in radialer Richtung maximal außen liegendes radiales Maximum rL (Scheitelpunkt) der Querschnittskonturlinie kann bezüglich der Höhenposition des Zugmittels ausgewertet werden.
2F zeigt einen zweiten Referenzpunkt R2, insbesondere eine kontinuierliche Unstetigkeit, begründet durch einen irregulären Übergang zwischen zwei benachbarten Querschnittskonturlinienabschnitten, welcher irregulären Übergang im Zusammenhang mit einem Versatz Δr in radialer Richtung steht. Ein unstetiger Sprung in der Querschnittskonturlinien, insbesondere bei derselben Längskoordinate, kann durch einen dritten Referenzpunkt R3 (Übergangspunkt) gekennzeichnet werden. Der Referenzpunkt R3 kann den am weitesten außen liegenden Zugmittelabschnitt kennzeichnen.
2G zeigt unterschiedliche, von der Querschnittskonturlinie L umgrenzte Querschnitte, wobei ein erster Querschnitt Q1 einen Soll-Querschnitt definieren kann, und ein zweiter Querschnitt Q2 und ein dritter Querschnitt Q3 jeweils einen Abschnitt des gewickelten Zugmittels kennzeichnen können.
2H beschreibt auswertbare Abweichungen. Allgemein wird eine geometrische Abweichung der Querschnittskonturlinie von der Soll-Geometrie mit dem Bezugszeichen ΔL bezeichnet. Eine stetige Abweichung ΔL1 und eine unstetige Abweichung ΔL2 können jeweils unterschiedliche relative Anordnungen des Zugmittels charakterisieren. Dabei kann zwischen einer durch eine Punktlinie dargestellten Soll-Anordnung (Soll-Geometrie Gs, Soll-Radialposition rs, Soll-Längsposition xs) und der tatsächlichen Ist-Anordnung (Ist-Geometrie Gi, Ist-Radialposition ri, Ist-Längsposition xi) unterschieden werden. Die jeweilige Abweichung kann hinsichtlich einzelner Parameter ausgewertet werden.
3A, 3B, 3C zeigen Aspekte eines Auswertens mit zeitlichem Bezug, insbesondere bei Projektion von wenigstens zwei Linien. Dabei kann auch die relative Anordnung von zwei projizierten Querschnittskonturlinien L relativ zueinander ausgewertet werden, wodurch die Ausrichtung des Zugmittels ermittelt werden kann; die Auswertung kann sich dabei auf einen gewickelten Abschnitt und/oder ein freies Ende bzw. einen freien Abschnitt des Zugmittels beziehen. Die jeweilige Auswertung kann jeweils in Bezug auf eine Zeiteinheit t erfolgen. Die Anordnung zum Zeitpunkt t0 (Initialzeitpunkt einer Messung) kann mit einer Anordnung zu wenigsten einem weiteren Zeitpunkt t1 verglichen werden. Dabei kann auch ein relativer Versatz zwischen den beiden Querschnittskonturlinien L, insbesondere zwischen dem jeweiligen Halbkreisliniensegment, in Längsrichtung und/oder radialer Richtung ausgewertet werden.
4A, 4B, 4C zeigen unterschiedliche Anordnungen, insbesondere in Abhängigkeit eines variierenden Durchmessers. Zwischen den optischen Achsen der Projektionseinheit 11 und der Erfassungseinheit 13 ist ein Winkel α gebildet.
In 4B ist der Winkel α aufgrund eines größeren Durchmessers der Mantelfläche etwas größer, insbesondere da die optische Achse der Erfassungseinheit 13 flacher ausgerichtet ist als in 4A. Bedingt durch eine Vielzahl von Wickellage 3 ergibt sich ein größerer Durchmesser der Mantelfläche. Die Projektionseinheit 11 ist daher in Umfangsrichtung u verlagert, insbesondere um exakt in einer Radialebene xrl auf die Mantelfläche projizieren zu können.
In 4C ist ein Bewegungspfad MP zum Nachführung der Projektionseinheit 11 dargestellt. Auch bei konstant ausgerichteter optischer Achse der Erfassungseinheit13 kann dadurch eine Projektion auf die Mantelfläche exakt in einer Radialebene xrl sichergestellt werden. Dadurch ergibt sich ein Winkel α, der deutlich kleiner ist als bei den in 4A und 4B gezeigten Anordnungen.
4D ist eine Anordnung gezeigt, bei welcher eine oder mehrere Projektionseinheiten 11 wenigstens zwei Linien auf die Mantelfläche projizieren (vgl. 3C), und eine oder mehrere Erfassungseinheiten 13 erfassen die durch die Projektion jeweils gebildete Querschnittskonturlinie in einem Winkel α. Das Erfassen und Auswerten kann dabei simultan erfolgen. Die Querschnittskonturlinie können miteinander verglichen werden.
5 zeigt eine an einer Zugmittelanlage 20 angeordnete Zugmittelüberwachungseinrichtung 10, die in Kommunikation mit einer Antriebseinheit 5 der Zugmittelanlage 20 steht. Ferner sind die Projektionsrichtung r11 und die Erfassungsrichtung r13 (optische Achse der Erfassungseinheit) dargestellt. Eine Recheneinheit 15 und/oder eine Steuerungseinrichtung 17 stehen jeweils in kommunikativer Verbindung mit Projektionseinheit 11 und der Erfassungseinheit 13.
Bezugszeichenliste

1: Zugmittel
1A: erster Zugmittelstrang bzw. Zugmittelabschnitt
1B: zweiter Zugmittelstrang bzw. Zugmittelabschnitt
2: Wickeleinheit, insbesondere Trommel
2.1: Mantelfläche
3: Wickellage
4: Spur
5: Antrieb bzw. Antriebseinheit
10: Zugmittelüberwachungseinrichtung
11: Projektionseinheit
13: Erfassungseinheit
15: Recheneinheit
17: Steuerungseinrichtung
20: Zugmittelanlage
F1: Zugkraft auf/in Zugmittel
P: Projektion (Emission) von Strahlung, insbesondere Licht
L: projizierte Querschnittskonturlinie, insbesondere Licht-Linie
ΔL: geometrische Abweichung der Querschnittskonturlinie von der Soll-Geometrie
ΔL1: stetige Abweichung
ΔL2: unstetige Abweichung
dx, dx1, dx2: Abstand in Längsrichtung , insbesondere zwischen zwei Referenzpunkten
Δr: Versatz in radialer Richtung
Gi: Ist-Geometrie
Gs: Soll-Geometrie
ri: Ist-Radialposition
rs: Soll-Radialposition
xi: Ist-Längsposition
xs: Soll-Längsposition
R1: erster Referenzpunkt, insbesondere unstetige Unterbrechung
R2: zweiter Referenzpunkt, insbesondere kontinuierliche Unstetigkeit
R3: weiterer Referenzpunkt, insbesondere Übergangspunkt
MP: Bewegungspfad zum Nachführung der Projektionseinheit
Q1: erster Querschnitt, insbesondere Soll-Querschnitt
Q2: zweiter Querschnitt
Q3: dritter Querschnitt
d1: Durchmesser des Zugmittels
xrl: Radialebene (Seitenprofil)
t: Zeiteinheit, insbesondere Milli-Sekunden
t0: Zeitpunkt NULL (Initialzeitpunkt einer Messung)
t1: Zeitpunkt eins
X: Längsachse
x: Längsrichtung
xu1: Ausrichtung (geometrischer Verlauf) eines gewickelten Abschnitts des Zugmittels
xt1: Ausrichtung (Zugrichtung) eines freien Abschnitts des Zugmittels
r: radiale Richtung
rL: radiales Maximum (Scheitelpunkt) der Querschnittskonturlinie
r11: Projektionsrichtung
r13: Erfassungsrichtung bzw. optische Achse
u: Umfangsrichtung
α: Winkel zwischen Projektionsrichtung und Erfassungsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0602504 B1 [0006]
EP 0129926 B1 [0007]
DE 4036370 A1 [0008]
EP 2914540 B1 [0009]
WO 2008/028751 A1 [0010]

Claims

Verfahren zum optischen Überwachen der Anordnung wenigstens eines Zugmittels (1), das auf einer drehbar um eine axiale Längsachse (X) gelagerten Wickeleinheit (2) geführt oder in einer oder mehreren Wickellagen (3) auf der Wickeleinheit gewickelt ist, mit den Schritten: -Projizieren von Strahlung, insbesondere in Form von einer Lichtebene, auf die Mantelfläche (2.1) der Wickeleinheit; -optisches Erfassen der projizierten Strahlung; -Auswerten der Geometrie und/oder einer zeitlichen Veränderung der projizierten Strahlung; dadurch gekennzeichnet, dass das Projizieren und optische Erfassen derart erfolgt, dass die projizierte Strahlung als eine sowohl den Querschnitt (Q1) des Zugmittels (1) als auch die Anordnung des Zugmittels auf der Wickeleinheit (2) und auch die Ausrichtung des Zugmittels und auch den zeitlichen Verlauf beim Auf- oder Abwickeln des Zugmittels charakterisierende Querschnittskonturlinie (L) auswertbar ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, wobei die Auswertung der Querschnittskonturlinie (L) bezüglich wenigstens einer Bezugsgröße oder wenigstens eines Referenzpunktes (R1) aus der folgenden Gruppe erfolgt: Zeit (t), radiale Richtung (r) oder Radialposition einer Soll-Anordnung (rs, xs) für wenigstens einen Querschnittskonturlinienabschnitt, Längsrichtung (x) oder Längsposition einer Soll-Anordnung (rs, xs) für wenigstens einen Querschnittskonturlinienabschnitt, Geometrie der Querschnittskonturlinie oder geometrische Abweichung (ΔL) wenigstens eines Querschnittskonturlinienabschnitts von einer Soll-Geometrie (Gs) der Querschnittskonturlinie (L), Abstand (dx, Δr) mehrerer erfasster Referenzpunkte (R1, R2) relativ zueinander, Geschwindigkeit der Verlagerung eines erfassten Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung, Betrag einer Unstetigkeit bei der Verlagerung des Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung, Drehrichtung der Wickeleinheit; oder wobei die Auswertung der Querschnittskonturlinie (L) zumindest bezüglich der Bezugsgröße Zeit erfolgt, wobei eine Auswertung einer zeitlichen Veränderung wenigstens einer Bezugsgröße oder wenigstens eines Referenzpunktes aus der folgenden Gruppe erfolgt: Abstand (dx, Δr) mehrerer erfasster Referenzpunkte relativ zueinander, Geschwindigkeit der Verlagerung eines erfassten Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung, Durchmesser des Zugmittels (d1), Betrag einer Unstetigkeit bei der Verlagerung des Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei das Auswerten in Bezug auf wenigstens eine geometrische Abweichung der Querschnittskonturlinie (L) von einer Soll-Geometrie (Gs) und/oder von einer Soll-Anordnung (rs, xs) jeweils in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung durchgeführt wird, insbesondere in Bezug auf eine geometrische Abweichung von der Soll-Geometrie eines Kreisbogensegments eines kreisrunden Querschnitts und/oder in Bezug auf eine Soll-Anordnung eines radialen Maximums (rL) der Querschnittskonturlinie; und/oder wobei das Auswerten zumindest auch in Bezug auf einen Übergangspunkt (R3) zwischen der Mantelfläche (2.1) der Wickeleinheit und der Mantelfläche des Zugmittels erfolgt, insbesondere hinsichtlich eines am Übergangspunkt gebildeten Winkels oder Radius; und/oder wobei das Auswerten der Geometrie in Bezug auf eine stetige oder unstetige geometrische Abweichung von der Soll-Geometrie in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung in Relation zu einer weiteren stetigen oder unstetigen geometrischen Abweichung von der Soll-Geometrie durchgeführt wird, insbesondere indem der Abstand von zwei in Längsrichtung benachbarten Referenzpunkten (R1, rL) erfasst wird und in Bezug auf den Durchmesser (d1) des Zugmittels ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei das Projizieren derart erfolgt, dass in radialer Draufsicht eine optische Linie in einer Ausrichtung zumindest annähernd parallel zur Längsachse (X) der Wickeleinheit (2) auf der Mantelfläche (2.1) ausgebildet wird; und/oder wobei das Projizieren derart erfolgt, dass wenigstens zwei optische Linien auf der Mantelfläche erzeugt werden, insbesondere in paralleler Anordnung, insbesondere in Umfangsrichtung versetzt um einen Umfangswinkel im Bereich von 1 bis 45°, insbesondere wenigstens eine Linie auf einen gewickelten Abschnitt und wenigstens eine Linie auf einen freien Abschnitt des Zugmittels.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei Laserlicht projiziert wird, insbesondere grünes Laserlicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei das Verfahren an einer Wickeleinheit für den Tiefbau oder Bergbau durchgeführt wird, insbesondere an einer Doppeltrommel, insbesondere an einer Blair-Trommel.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei das Zugmittel autonom ohne mechanische Hilfsmittel geführt wird; und/oder wobei eine Auswertung der Ausrichtung und/oder der Anordnung eines freien Abschnitts des Zugmittels erfolgt.
Verfahren zum Steuern einer Zugmittelanlage (20) mit Wickeleinheit (2), insbesondere zum Ausschalten oder Drosseln eines Antriebs (5) der Zugmittelanlage, umfassend ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei wenigstens ein Parameter aus der folgenden Gruppe ausgewertet wird und bei Überschreiten eines Schwellwertes ein Steuersignal emittiert wird: Radialposition eines erfassten Referenzpunktes (R1); Längsposition eines erfassten Referenzpunktes (R1); Abstand mehrerer erfasster Referenzpunkte (R1, R2) relativ zueinander; Geschwindigkeit der Verlagerung eines erfassten Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung; Betrag einer Unstetigkeit bei der Verlagerung des Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung; zeitliche Veränderung wenigstens einer Bezugsgröße oder wenigstens eines Referenzpunktes aus der folgenden Gruppe: Abstand (dx, Δr) mehrerer erfasster Referenzpunkte relativ zueinander, Geschwindigkeit der Verlagerung eines erfassten Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung, Durchmesser des Zugmittels (d1), Betrag einer Unstetigkeit bei der Verlagerung des Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung.
Zugmittelüberwachungseinrichtung (10) eingerichtet zum optischen Überwachen der Anordnung wenigstens eines Zugmittels (1), das auf einer drehbar um eine axiale Längsachse (X) gelagerten Wickeleinheit (2) geführt oder in einer oder mehreren Wickellagen (3) auf der Wickeleinheit gewickelt ist, wobei die Zugmittelüberwachungseinrichtung (10) aufweist: -wenigstens eine Projektionseinheit (11) eingerichtet zum Projizieren von Strahlung, insbesondere in Form von einer Lichtebene, auf die Mantelfläche (2.1) der Wickeleinheit; - wenigstens eine Erfassungseinheit (13) eingerichtet zum optischen Erfassen der auf die Mantelfläche projizierten Strahlung; -eine Recheneinheit (15) eingerichtet zum Auswerten der Geometrie und/oder einer zeitlichen Veränderung der projizierten Strahlung; dadurch gekennzeichnet, dass die Zugmittelüberwachungseinrichtung (10) eingerichtet ist zum Projizieren und Erfassen derart, dass die projizierte Strahlung als eine sowohl den Querschnitt des Zugmittels (1) als auch die Anordnung des Zugmittels auf der Wickeleinheit (2) und auch die Ausrichtung des Zugmittels und auch den zeitlichen Verlauf beim Auf- oder Abwickeln des Zugmittels charakterisierende Querschnittskonturlinie (L) auswertbar ist, insbesondere aus einer zumindest annähernd tangentialen Richtung oder Tangentialebene.
Zugmittelüberwachungseinrichtung (10) nach dem vorhergehenden Vorrichtungsanspruch, wobei die Querschnittskonturlinie (L) bezüglich wenigstens einer Bezugsgröße oder wenigstens eines Referenzpunktes aus der folgenden Gruppe auswertbar ist: Zeit, radiale Richtung oder Radialposition einer Soll-Anordnung für wenigstens einen Querschnittskonturlinienabschnitt, Längsrichtung oder Längsposition einer Soll-Anordnung für wenigstens einen Querschnittskonturlinienabschnitt, Geometrie der Querschnittskonturlinie oder geometrische Abweichung wenigstens eines Querschnittskonturlinienabschnitts von einer Soll-Geometrie der Querschnittskonturlinie, Abstand mehrerer erfasster Referenzpunkte relativ zueinander, Geschwindigkeit der Verlagerung eines erfassten Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung, Betrag einer Unstetigkeit bei der Verlagerung des Referenzpunktes in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung, Drehrichtung der Wickeleinheit.
Zugmittelüberwachungseinrichtung (10) nach dem vorhergehenden Vorrichtungsanspruch, wobei die Zugmittelüberwachungseinrichtung (10) eingerichtet ist zum Auswerten in Bezug auf ein radiales Maximum (rL) eines Halbkreisbogens der Querschnittskonturlinie (L) und/oder in Bezug auf eine Wölbung wenigstens eines Querschnittskonturlinienabschnittes und/oder in Bezug auf einen Übergangspunkt (R3) zwischen der Mantelfläche (2.1) der Wickeleinheit und der Mantelfläche des Zugmittels, insbesondere in Bezug auf einen am Übergangspunkt gebildeten Winkel oder Radius.
Zugmittelüberwachungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Projektionseinheit (11) eine Laserlichtquelle aufweist, insbesondere eine Laserlichtquelle eingerichtet zum Projizieren von grünem Laserlicht; und/oder wobei das Zugmittel (1) ein autonom ohne mechanische Hilfsmittel geführtes Zugmittel ist; und/oder wobei die Zugmittelüberwachungseinrichtung (10) eingerichtet ist zur Auswertung der Ausrichtung und/oder Anordnung eines freien Abschnitts des Zugmittels.
Zugmittelüberwachungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Zugmittelüberwachungseinrichtung (10) eingerichtet ist zum Projizieren derart, dass in radialer Draufsicht eine optische Linie in einer Ausrichtung zumindest annähernd parallel zur Längsachse (X) der Wickeleinheit (2) auf der Mantelfläche (2.1) ausgebildet wird; und/oder derart, dass wenigstens zwei optische Linien auf der Mantelfläche erzeugt werden, insbesondere in paralleler Anordnung, insbesondere in Umfangsrichtung versetzt um einen Umfangswinkel im Bereich von 1 bis 45°.
Zugmittelüberwachungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Zugmittelüberwachungseinrichtung eine Steuerungseinrichtung (17) eingerichtet zum Steuern einer Zugmittelanlage (20) mit Wickeleinheit (2) aufweist, insbesondere eingerichtet zum Ausschalten oder Drosseln eines Antriebs (5) der Zugmittelanlage; und/oder wobei die Zugmittelüberwachungseinrichtung (10) eingerichtet ist zur Nachführung der Projektionseinheit (11) in Abhängigkeit der Drehzahl und/oder in Abhängigkeit der Wickeldicke oder der Anzahl von Wickellagen auf der Wickeleinheit (2).
Verwendung einer Zugmittelüberwachungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche an einer Zugmittelanlage (20) mit einer Wickeleinheit (2) in Ausgestaltung als Blair-Trommel, insbesondere bei Anwendungen im Tiefbau oder Bergbau, insbesondere an einer Zugmittelanlage (20) mit autonom geführtem Zugmittel (1) ohne mechanische Hilfsmittel für die Zugmittelführung; oder Verwendung einer Zugmittelüberwachungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche an einer Zugmittelanlage (20) mit einem Zugmittel (1) mit einer Länge von über 1000 oder 2000 Metern und bei Lasten über 1 oder 10 Tonnen, insbesondere an einer Zugmittelanlage (20) mit autonom geführtem Zugmittel (1) ohne mechanische Hilfsmittel für die Zugmittelführung.