DE102021114715A1

DE102021114715A1 - Automatische sensorkalibrierung für fräsmaschinen

Info

Publication number: DE102021114715A1
Application number: DE102021114715.8A
Authority: DE
Inventors: Colton J. HIRMAN; Timothy J. Lindholm; Eric S. Engelmann
Original assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Current assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2021-06-08
Publication date: 2021-12-16
Also published as: US11220796B2; US20210388564A1

Abstract

Eine Fräsmaschine (100) beinhaltet einen Fräsrotor (122), zumindest ein Schenkel (104A, 104B), einen Gradientensensor (140) und eine Steuerschaltung (400). Der Fräsrotor (122) ist für den Eingriff in eine Fläche unterhalb der Fräsmaschine (100) ausgebildet. Der zumindest eine Schenkel (104A, 104B) ist zum Heben und Senken der Fräsmaschine (100) steuerbar. Der Gradientensensor (140) ist zum Erfassen einer Position ausgebildet, die eine Frästiefe des Fräsrotors (122) anzeigt, und die Steuerschaltung (400) ist zum Empfangen von Daten von dem Gradientensensor (140) ausgebildet. Die Steuerschaltung (400) ist ebenfalls ausgebildet zum: Identifizieren eines Abstandes von dem Fräsrotor (122) zu der Oberfläche basierend auf einer ausgewählten Position des zumindest einen Schenkels (104A, 104B); Identifizieren eines Wertes, der mit einem erfassten Zustand verbunden ist, unter Verwendung des Gradientensensors (140), während sich der zumindest eine Schenkel (104A, 104B) an der ausgewählten Position befindet; und Kalibrieren des Gradientensensors (140) durch Zuordnen des identifizierten Abstandes von dem Fräsrotor (122) zu der Fläche und des identifizierten Wertes.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf Fräsmaschinen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Anmeldung auf die automatische Kalibrierung von Sensorsystemen für Fräsmaschinen.
Stand der Technik
Fräsmaschinen, wie Kaltfräsmaschinen, beinhalten eine Klasse von Baumaschinen, die für die Bearbeitung von Straßendeckenmaterial, wie z. B. durch Anritzen, Entfernen oder Wiederverwerten des Materials von der Oberfläche einer asphaltierten Straße, ausgebildet sind. Diese Maschinen können einen Rahmen mit einem rotierenden Schneidwerkzeug zur Bearbeitung des Straßendeckenmaterials und zwei oder mehr Ketten- oder Radeinheiten für den Vortrieb der Kaltfräsmaschine beinhalten. Die zwei oder mehr Raupen- oder Radeinheiten können unter Verwendung von ausfahrbaren Schenkeln oder Streben an den Rahmen der Kaltfräse gekoppelt werden, die eingestellt (z. B. aus- oder eingefahren) werden können, um den Rahmen der Kaltfräse anzuheben oder abzusenken, z. B. um die Tiefe zu steuern, mit der die Kaltfräse in eine Oberfläche oder Straße schneidet.
US 10465346 B2 beschreibt eine Fräsmaschine mit einer ausfahrbaren Seitenplatte, die in Verbindung mit einem oder mehreren Sensoren zur Unterstützung der Positionierung eines Fräswalzenkastens während des Betriebs der Fräsmaschine dient.
Kurzdarstellung der Erfindung
In einem Beispiel beinhaltet ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors für eine Fräsmaschine das Identifizieren einer Position von zumindest einem Schenkel der Fräsmaschine; das Identifizieren eines Abstandes von einem Fräsrotor der Fräsmaschine zu einer Fläche unterhalb des Fräsrotors unter Verwendung der identifizierten Position des zumindest einen Schenkels; das Identifizieren eines Wertes, der mit einem erkannten Zustand verbunden ist, unter Verwendung eines Gradientensensors der Fräsmaschine, während sich der zumindest eine Schenkel der Fräsmaschine an der identifizierten Position befindet; und das Kalibrieren des Gradientensensors durch Zuordnen des identifizierten Wertes und des identifizierten Abstandes von dem Fräsrotor zu der Fläche.
In einem anderen Beispiel beinhaltet eine Fräsmaschine einen Fräsrotor, zumindest einen Schenkel, einen Gradientensensor und eine Steuerschaltung. Der Fräsrotor ist für den Eingriff in eine Fläche unterhalb der Fräsmaschine ausgebildet. Der zumindest eine Schenkel ist zum Anheben und Absenken der Fräsmaschine steuerbar. Der Gradientensensor ist zum Erfassen einer Position ausgebildet, die eine Frästiefe des Fräsrotors anzeigt, und die Steuerschaltung ist zum Empfangen von Daten von dem Gradientensensor ausgebildet. Die Steuerschaltung ist ebenfalls ausgebildet zum: Identifizieren eines Abstandes von dem Fräsrotor zu der Oberfläche basierend auf einer ausgewählten Position des zumindest einen Schenkels; Identifizieren eines Wertes, der mit einem erkannten Zustand verbunden ist, unter Verwendung des Gradientensensors, während sich der zumindest eine Schenkel an der ausgewählten Position befindet; und Kalibrieren des Gradientensensors durch Zuordnen des identifizierten Abstandes von dem Fräsrotor zu der Fläche und des identifizierten Wertes.
In einem anderen Beispiel beinhaltet das Verfahren zum Kalibrieren von Sensoren einer Fräsmaschine das Fräsen einer Fläche unter der Fräsmaschine unter Verwendung eines Fräsrotors der Fräsmaschine; das Identifizieren einer erwarteten Frästiefe der Fläche unter der Fräsmaschine in Bezug auf eine angrenzende Fläche unter Verwendung eines ersten Sensors, der an der Fräsmaschine positioniert ist; das Messen einer tatsächlichen Frästiefe des Fräsens in Bezug auf die angrenzende Fläche unter Verwendung eines zweiten Sensors, der an der Fräsmaschine hinter dem Fräsrotor positioniert ist; und das Kalibrieren des ersten Sensors unter Verwendung der tatsächlichen Frästiefe, die von dem zweiten Sensor gemessen wurde.
Figurenliste

1 ist eine schematische Seitenansicht einer Fräsmaschine.
2 ist ein Diagramm, das einen Fräsrotor und Seitenplatten in Bezug auf eine Fläche während der Kalibrierung eines Seitenplattensensors für eine Fräsmaschine veranschaulicht.
3 ist ein Diagramm, das eine Sensoranordnung veranschaulicht, die zum Identifizieren einer Frästiefe einer Fräsfläche ausgebildet ist.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem für eine Fräsmaschine darstellt.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Erstkalibrierung eines Seitenplattensensors für eine Fräsmaschine veranschaulicht.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur kontinuierlichen Kalibrierung eines Seitenplattensensors für eine Fräsmaschine veranschaulicht.

Ausführliche Beschreibung
1 ist eine schematische Seitenansicht einer Kaltfräsmaschine 100. Die Kaltfräsmaschine 100 kann auch als Fräsmaschine bezeichnet werden. Die Kaltfräsmaschine 100 beinhaltet ein Schneidsystem 102, Schenkel 104A und 104B und einen Rahmen 106. Während in 1 zwei Schenkel 104A und 104B sichtbar sind, kann die Kaltfräsmaschine 100 insgesamt vier Schenkel beinhalten. Der Rahmen 106 beinhaltet ein vorderes Rahmenende 108 und ein hinteres Rahmenende 110. Die Kaltfräsmaschine 100 beinhaltet auch vordere Antriebselemente 112 und hintere Antriebselemente 114, die mit dem Rahmen 106 in der Nähe des vorderen Rahmenendes 108 bzw. des hinteren Rahmenendes 110 gekoppelt sein können. Jedes der Antriebselemente 112 und 114 kann zwei parallele in den Boden eingreifende Ketten beinhalten, obwohl die vorliegende Offenbarung dadurch nicht beschränkt ist. Mit dem Rahmen 106 kann ein Bedienersteuerstand 116 gekoppelt sein, der ein oder mehrere Steuersysteme (dargestellt in 4) zur Durchführung von Steuerungs- und Überwachungsfunktionen der Kaltfräsmaschine 100 beinhalten kann.
Das Schneidsystem 102 kann mit dem Rahmen 106 gekoppelt werden und ein Gehäuse 118 beinhalten, das eine Schneidkammer 120 für einen Fräsrotor 122 definiert. Die Schenkel 104A und 104B, die teleskopisch oder anderweitig aus- und einfahrbar ausgebildet sein können, können zum Anheben und Absenken des Gehäuses 118, einschließlich der Kammer 120 mit dem Fräsrotor 122, vorgesehen sein, normalerweise in Verbindung mit Anpassungen an eine gewünschte Frästiefe des Schneidsystems 102. Das Schneidsystem 102 kann ein Schneidwerkzeug, wie den Fräsrotor 122, beinhalten, das sich entgegen einer Vorwärtsfahrtrichtung der Kaltfräsmaschine 100 drehen kann. Der Fräsrotor 122 kann innerhalb des Gehäuses 118 befestigt und für das Schneiden von Material der Decke oder des Substrats 130 ausgebildet sein, das unter der Kaltfräsmaschine 100 liegt. Der Fräsrotor 122 kann eine Vielzahl von daran montierten Schneidmeißeln beinhalten, um beispielsweise in die Decke oder das Substrat 130 einzugreifen, das durch die Schneidwirkung der Meißel fragmentiert werden kann.
Die Seitenplattenzylinder 126A und 126B können zur Einstellung der Höhe einer Seitenplatte 128 durch Ausfahren und Einfahren der Seitenplatte ausgebildet sein. Während in 1 nur eine Seite der Kaltfräsmaschine 100 zu sehen ist, kann jede Seite der Kaltfräsmaschine eine entsprechende Seitenplatte 128 und Seitenplattenzylinder 126A und 126B beinhalten. Die Seitenplatten 128 können sich in einer eingefahrenen oder einer ausgefahrenen Position befinden, wie von den Seitenplattenzylindern 126A und 126B gesteuert. Wenn die Kaltfräsmaschine 100 nicht in Betrieb ist, können sich die Seitenplatten 128 beispielsweise in einer eingefahrenen Position vor dem Fräsrotor 122 oder in einer ausgefahrenen Position unterhalb des Fräsrotors befinden.
Ein erster Förderer 132 kann positioniert werden, um Beschickungsmaterial, das von dem Substrat 130 gefräst wurde, über den Fräsrotor 122 einem sekundären Förderer 134 zuzuführen, der vor dem vorderen Rahmenende 108 hervorsteht. Ein zweiter Förderer 134 kann das entfernte Substrat 130 in eine Aufnahme, wie z. B. die Mulde eines Muldenkippers, ablegen. Die Kaltfräsmaschine 100 kann über das Substrat 130 fahren, sodass die vorderen Antriebselemente 112 auf einer Fläche 136 abrollen. Die Kaltfräsmaschine 100 kann zum Abtragen des Substrats 130 von einer Fahrbahn ausgebildet sein, um eine Fläche 138 zu hinterlassen. Die nach hinten gerichteten Antriebselemente 114 können auf der Fläche 138 abrollen, wobei das Schneidsystem 102 eine Kante des Substrats 130 zwischen den Flächen 136 und 138 erzeugt. Die Fläche 138 kann eine Oberfläche umfassen, von der das Straßendeckenmaterial vollständig entfernt wurde, oder eine Oberfläche aus Straßendeckenmaterial, von der eine oberste Schicht des Straßendeckenmaterials entfernt wurde. Die Kaltfräsmaschine 100 kann ein Gradienten- und Neigungssystem beinhalten (4), das beispielsweise zur Steuerung eines von der Bedienperson gewünschten Schnittes durch den Fräsrotor 122 verwendet wird. Rückmeldungen von verschiedenen Sensoren können als Eingabe für das Gradienten- und Neigungssystem verwendet werden, um die Steuerung und Überprüfung des Schnitts durch den Fräsrotor 122 zu unterstützen. Während die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme sich auf Seitenplatten und Seitenplattensensoren beziehen, können sie für alle Gradientensensoren verwendet werden, die für die Gradienten- und Neigungssteuerung verwendet werden, einschließlich Inboard-Skier, Schallsensoren und dergleichen.
Während des Betriebs der Kaltfräsmaschine 100 können die Seitenplatten 128 in eine ausgefahrene Position bewegt werden. In der ausgefahrenen Position können die Seitenplatten 128 die Fläche neben dem Fräsrotor 122 berühren, um eine Rückmeldung zu geben, die beispielsweise vom Gradienten- und Neigungssystem der Kaltfräsmaschine 100 verwendet werden kann. Um diese Rückmeldung bereitzustellen, können die Seitenplattenzylinder 126A und 126B einen oder mehrere Seitenplattensensoren 140 beinhalten, wie zum Beispiel Sensorzylinder oder andere Sensoren, die in der Lage sind, eine Position oder einen Zustand der Zylinder 126A und 126B zu erfassen, um eine Position oder einen Zustand einer jeweiligen Seitenplatte 128 zu identifizieren. Zum Beispiel können Sensorzylinder eine Ausgabe bereitstellen, die eine relative Position zwischen zwei Teleskopabschnitten eines jeweiligen Zylinders 126A oder 126B anzeigt, wodurch die Ermittlung einer Position einer jeweiligen Seitenplatte 128 vereinfacht wird. Die von den Seitenplattensensoren 140 erfassten Daten können vom Gradienten- und Neigungssystem verwendet werden, um einen gewünschten Schnitt durch den Fräsrotor 122 zu verifizieren. In anderen Beispielen von Kaltfräsmaschinen können zusätzliche und/oder alternative Gradientensensoren verwendet werden, wie z. B. Inboard-Ski, Schallsensoren und dergleichen.
Im herkömmlichen Betrieb wurde die Kalibrierung der Gradientensensoren, wie z. B. der Seitenplattensensoren 140, manuell durchgeführt. Bei Systemen, die Seitenplatten zur Erfassung von Gradienten und Neigung beinhalten, wird beispielsweise die Seitenplatte 128 während der manuellen Kalibrierung in die ausgefahrene Position abgesenkt, und die Schenkel 104A und 104B für eine entsprechende Seite der Kaltfräsmaschine 100 werden abgesenkt, bis eine Bedienperson der Kaltfräsmaschine 100 erkennt, dass Teile des Fräsrotors 122 die Oberfläche berührt haben. Dies kann von der Bedienperson dadurch erreicht werden, dass sie sieht und/oder hört, wie die Meißel des Fräsrotors 122 die Oberfläche berühren. Wenn die Meißel die Oberfläche berühren, wird die Position, die die Seitenplattensensoren 140 anzeigen, für das Gradienten- und Neigungssystem oder ein anderes Steuersystem auf „Null“ oder „Ritzhöhe“ kalibriert. Die Ritzhöhe wird dann vom Gradienten- und Neigungssystem oder einem anderen Steuersystem während des Betriebs der Kaltfräsmaschine 100 als Referenz verwendet.
Es ist wünschenswert, diesen Vorgang zu automatisieren sowie die Notwendigkeit zu beseitigen, dass der Fräsrotor 122 zur Kalibrierung der Gradientensensoren die Oberfläche berührt. Um dies zu erreichen, können die Schenkel 104A und 104B auf eine ausgewählte Höhe gesteuert werden. Dies kann beispielsweise über einen oder mehrere Steuereingaben erfolgen, die an dem Bedienersteuerstand 116 angeordnet sind. Die Schenkel 104A und 104B können einen oder mehrere Schenkelsensoren 142 beinhalten, wie beispielsweise Sensorzylinder, die eine Ausgabe zur Anzeige einer aktuellen Position oder Höhe der Schenkel 104A und 104B bereitstellen. Da der Fräsrotor 122 durch das Gehäuse 118 am Rahmen 106 befestigt ist und die Position der Schenkel 104A und 104B die Position des Rahmens 106 steuert, kann ein Abstand des Fräsrotors 122 zur Fläche unter der Kaltfräsmaschine 100 mithilfe der bekannten Position der Schenkel 104A und 104B identifiziert werden.
2 veranschaulicht eine Rückansicht des Schneidsystems 102 während der Kalibrierung des einen oder der mehreren Gradientensensoren. In dem in 2 dargestellten Beispiel handelt es sich bei den Gradientensensoren um Seitenplattensensoren 140. Nach Ansteuerung der Schenkel 104A und 104B in eine ausgewählte Position und damit des Fräsrotors 122 in eine bekannte Position (H) relativ zur Fläche unter der Kaltfräsmaschine 100 können die Seitenplatten 128 durch Ansteuerung der jeweiligen Seitenplattenzylinder 126A und 126B (in 2 ist nur der Seitenplattenzylinder 126A sichtbar) in den ausgefahrenen Zustand abgesenkt werden. Die Höhe (H) kann so gewählt werden, dass die Seitenplatte 128 im ausgefahrenen Zustand die Oberfläche berührt. Beim Absenken der Seitenplatte 128 in den ausgefahrenen Zustand können die Seitenplattensensoren 140, wie die Sensorzylinder der Zylinder 126A und 126B, von einem oder mehreren Steuersystemen der Kaltfräsmaschine 100 überwacht werden, um einen Zustand, wie z. B. Kontakt mit der Oberfläche, zu erkennen. Zum Beispiel kann ein Steuersystem der Kaltfräsmaschine 100 während des Ausfahrens der Seitenplatte 128 in die abgesenkte Position eine Relativbewegung der Seitenplattenzylinder 126A und 126B in eine entgegengesetzte Richtung erkennen, um einen Kontakt mit dem Boden zu erkennen. In einem anderen Beispiel kann ein separater Sensor auf der Seitenplatte 128 positioniert werden, um den Kontakt mit dem Boden zu erkennen, wie beispielsweise ein Sonarsensor, Drucksensor oder ein anderer Sensortyp.
Eine aktuelle Position der Seitenplattenzylinder 126A und 126B, wie sie von den Seitenplattensensoren 140 angezeigt wird, kann bei der Erkennung des Zustands, wie der Erkennung des Kontakts der Seitenplatte 128 mit der Oberfläche, beobachtet werden. Das/die Steuersystem(e) der Kaltfräsmaschine 100 kann/können dann die Seitenplattensensoren 140 kalibrieren, indem die beobachtete aktuelle Position der bekannten Höhe (H) zugeordnet wird. Auf diese Weise kann die Kalibrierung für die Seitenplattensensoren 140 automatisch durchgeführt werden, ohne dass der Fräsrotor 122 die Fläche unter der Kaltfräsmaschine 100 berühren muss, was eine Kalibrierung über jede Fläche ermöglicht.
Eine Aktualisierung der Kalibrierung der Gradientensensoren kann auch während des Schneidvorgangs der Kaltfräsmaschine 100 wünschenswert sein. So können sich beispielsweise die Schneidmeißel des Fräsrotors 122 während des Schneidens (und nach der anfänglichen Kalibrierung der Sensoren für die Gradienten- und Neigungssteuerung) abnutzen, was zu einer unerwünschten Änderung der Frästiefe führt. Im herkömmlichen Betrieb kann eine Person hinter der Kaltfräsmaschine 100 gehen und die Frästiefe in Bezug auf die angrenzenden Flächen beispielsweise mit einem Maßband messen. Es ist wünschenswert, die Neukalibrierung der Seitenplattensensoren 140 zu automatisieren, um den Meißelverschleiß und andere Ursachen für die Änderung der Frästiefe des Fräsrotors 122 kontinuierlich zu berücksichtigen.
3 ist ein Diagramm, das die Sensoranordnung 144, eine Fräsfläche 300 und zwei angrenzende Flächen 302 und 304 darstellt. Während die Sensoranordnung 144 am Rahmen der Kaltfräsmaschine 100 montiert werden kann, ist die Kaltfräsmaschine 100 in 3 der Einfachheit halber nicht dargestellt. Die Fräsfläche 300 ist eine Fläche, die zuvor von dem Fräsrotor 122 der Kaltfräsmaschine 100 gefräst wurde. Die angrenzenden Flächen 302 und 304 sind Flächen, die an die Fräsfläche 300 angrenzen, die zuvor gefräst oder ungefräst worden sein, und die nicht gleichzeitig mit der Fräsfläche 300 gefräst wurden. Die Sensoranordnung 144 kann verwendet werden, um eine Frästiefe der Fräsfläche 300 relativ zu den angrenzenden Flächen 302 und 304 zu identifizieren. In einem Beispiel kann die Sensoranordnung 144 eine Lidaranordnung sein, die ausgebildet ist, um Licht (dargestellt als gestrichelte Pfeile) in mehrere Richtungen in Richtung der Flächen 300, 302 und 304 auszusenden und von den Flächen 300, 302 und 304 reflektiertes Licht zu erkennen. Aus den relativen Abständen zu den Flächen 300, 302 und 304 kann eine tatsächliche Frästiefe durch den Fräsrotor 122 für die Fräsfläche 300 ermittelt werden. Zur Ermittlung dieser Abstände hinter dem Fräsrotor 122 können auch andere Sensoranordnungen verwendet werden, wie beispielsweise Radaranordnungen, Ultraschallsensoranordnungen und dergleichen. Während sie in 1 als am hinteren Rahmenende 110 der Kaltfräsmaschine 100 positioniert veranschaulicht ist, kann die Sensoranordnung 144 an jeder beliebigen Stelle des Rahmens 106 hinter dem Fräsrotor 122 positioniert werden und eine Frästiefe der Fräsfläche 300 identifizieren.
Unter Verwendung der anfänglich kalibrierten Sensordaten für den Seitenplattensensor 140 oder einen anderen Gradientensensor kann eine erwartete Frästiefe in Bezug auf die angrenzenden Flächen 302 und 304 unter Verwendung der von den Seitenplattensensoren 140 oder einem anderen Gradientensensor identifiziert werden. Zum Beispiel kann ein Schnitt von zwei Zoll erwartet und von den Seitenplattensensoren 140 in Bezug auf die angrenzende Fläche 302 angezeigt werden. In einem anderen Beispiel kann ein Anpassungsschnitt durchgeführt werden, bei dem beispielsweise die angrenzende Fläche 304 zuvor geschnitten wurde und der Gradientensensor anzeigen sollte, dass die Frästiefe in Bezug auf die angrenzende Fläche 304 Null ist. Die tatsächliche Frästiefe kann mithilfe der Daten aus der Sensoranordnung 144 ermittelt und mit der von den Seitenplattensensoren 140 oder anderen Gradientensensoren identifizierten Frästiefe verglichen werden. Wenn zum Beispiel für die angrenzende Fläche 302 die tatsächliche Frästiefe (D) von der identifizierten Frästiefe abweicht, können die Seitenplattensensoren 140 oder andere Gradientensensoren anhand der tatsächlichen Frästiefe (D) neu kalibriert werden. Dies kann während des Betriebs der Kaltfräsmaschine 100 so oft wie gewünscht durchgeführt werden und macht es überflüssig, dass eine Bedienperson hinter der Kaltfräsmaschine 100 läuft und die Frästiefe manuell misst.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem 400 für eine Kaltfräsmaschine, wie die Kaltfräsmaschine 100, veranschaulicht. Das Steuersystem 400 beinhaltet eine oder mehrere Steuerungen 402, einen Speicher 404, einen Schenkelsensoreingang 406, einen Gradientensensoreingang 408, einen Frästiefensensoreingang 410, eine Anzeige 412, Steuerungen 414 und ein Gradienten- und Neigungssystem 416. Die Steuerungen 414 können von einer am Bedienersteuerstand 116 positionierten Bedienperson bedient werden, um beispielsweise den Betrieb der Kaltfräsmaschine 100 sowie die Höhe/Position der Schenkel 104A und 104B und der Seitenplatten 128 zu steuern. Die Anzeige 412 oder eine andere Ausgabevorrichtung kann auch am Bedienersteuerstand 116 positioniert werden, um eine Ausgabe für eine Bedienperson bereitzustellen. In einem Beispiel können die Steuerung 414 und die Anzeige 412 eine einzige Vorrichtung wie ein Berührungsbildschirm sein.
Die Steuerung 402 und der Speicher 404 können beispielsweise Software, Hardware und Kombinationen aus Hardware und Software beinhalten, die zur Ausführung mehrerer Funktionen im Zusammenhang mit der Steuerung der Kaltfräsmaschine 100 ausgebildet sind. Die Steuerung 402 kann eine analoge, digitale oder kombinierte analoge und digitale Steuerung beinhalten, die eine Reihe von Komponenten enthält. Beispielsweise kann die Steuerung 402 integrierte Schaltkreise bzw. ICBs, Leiterplatten bzw. PCBs, Prozessor(en), Datenspeichergeräte, Switches, Relais oder beliebige andere Komponenten beinhalten. Beispiele für Prozessoren können ein oder mehrere eines Mikroprozessors, einer Steuerung, eines digitalen Signalprozessors (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), eines feldprogrammierbares Gate-Arrays (FPGA) oder gleichwertige separate oder integrierte Logikschaltungen beinhalten.
Der Speicher 404 kann Speichermedien zum Speichern und/oder Abrufen von Daten oder anderen Informationen, wie zum Beispiel Signalen des Seitenplattensensors 140, der Schenkelsensoren 142 und/oder der Sensoranordnung 144 beinhalten. Speichergeräte sind in einigen Beispielen als computerlesbares Speichermedium beschrieben. Der Speicher 404 kann beispielsweise zur Speicherung von Programmanweisungen zur Ausführung durch den/die Prozessor(en) der Steuerung 402 verwendet werden. Der Speicher 404 wird zum Beispiel von Software, Anwendungen, Algorithmen genutzt, die auf der Steuerung 402 laufen und/oder von ihr ausgeführt werden. Der Speicher 404 kann Kurzzeit- und/oder Langzeitspeicher beinhalten und flüchtig und/oder nicht-flüchtig sein. Beispiele für nicht-flüchtige Speicherelemente beinhalten magnetische Festplatten, optische Festplatten, Disketten, Flashspeicher oder Formen von elektrisch programmierbaren Speichern (EPROM) oder von elektrisch überschreibbaren und programmierbaren Speichern (EEPROM). Beispiele für flüchtige Speicher beinhalten Arbeitsspeicher (RAM), dynamische Arbeitsspeicher (DRAM), statische Arbeitsspeicher (SRAM) und andere Formen von flüchtigen Speichern, die auf dem Gebiet bekannt sind.
Der Schenkelsensoreingang 406 kann von einem oder mehreren Schenkeln 104A und 104B, wie den Schenkelsensoren 142, abgeleitet oder für die Bereitstellung von Sensordaten ausgebildet sein. Der Gradientensensoreingang 408 kann von einem oder mehreren Gradientensensoren, wie den Seitenplattensensoren 140, abgeleitet oder zur Bereitstellung von erfassten Daten ausgebildet sein. Der Frästiefensensoreingang 410 kann von der Sensoranordnung 144 abgeleitet oder zur Bereitstellung von erfassten Daten ausgebildet sein. Die Steuerung 402 kann diese Eingaben verwenden, um beispielsweise die Verfahren zur Kalibrierung des Seitenplattensensors 140 wie hierin beschrieben auszuführen.
Die kalibrierten Werte für die Seitenplattensensoren 140 können von dem den Speicher 404 gespeichert und/oder dem Gradienten- und Neigungssystem 416 bereitgestellt werden. Das Gradienten- und Neigungssystem 416 kann zur Steuerung der Schenkel 104A und 104B ausgebildet sein, um einen gewünschten Schnitt durch den Fräsrotor 122 zu erhalten. Das Gradienten- und Neigungssystem 416 kann den kalibrierten Wert für die Seitenplattensensoren 140 verwenden, um beispielsweise eine korrekte Frästiefe auf jeder Seite der Kaltfräsmaschine 100 zu verifizieren.
Gewerbliche Anwendbarkeit
In einem veranschaulichenden Beispiel kann die Kaltfräsmaschine 100 eine Caterpillar® PM622 Kaltfräsmaschine sein. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 500 zur Kalibrierung eines Gradientensensors, wie beispielsweise eines Seitenplattensensors, für die Kaltfräsmaschine veranschaulicht. Das Verfahren 500 kann von einem oder mehreren Steuersystemen der Kaltfräsmaschine ausgeführt werden, wie zum Beispiel von dem in 4 dargestellten Steuersystem 400. In Schritt 502 werden die Schenkel der Kaltfräsmaschine auf eine ausgewählte Höhe gesteuert. Dies kann auf einer relativ ebenen Fläche durchgeführt werden, sodass alle vier Schenkel auf die gleiche Höhe gesteuert werden können. In Schritt 504 können ein oder mehrere Schenkelsensoren, wie beispielsweise Sensorzylinder, verwendet werden, um die Höhe der einzelnen Schenkel zu überprüfen. Ist diese Höhe verifiziert, kann der Abstand vom Fräsrotor zur Fläche unterhalb des Fräsrotors bestimmt werden.
In Schritt 506 werden die Seitenplatten des Schneidsystems der Kaltfräse ausgefahren, bis sie den Boden berühren. In Schritt 508 wird eine Bedingung, wie beispielsweise der Bodenkontakt der Seitenplatten, erkannt. Dies kann durch die Verwendung von Sensorzylindern in einem oder mehreren Seitenplattenzylindern erreicht werden, um die durch den Bodenkontakt verursachte Relativbewegung zu erkennen, oder durch einen oder mehrere Kontaktsensoren, wie z. B. einen Sonarsensor oder einen anderen Sensor, der in der Lage ist, Daten zu erfassen, die auf einen Bodenkontakt hinweisen. In Schritt 510 kann bei Erkennung der Bedingung die bekannte Höhe des Fräsrotors von der Fläche hinter dem Fräsrotor, wie sie in Schritt 504 ermittelt wurde, verwendet werden, um den Gradientensensor, wie den Seitenplattensensor, zu kalibrieren, indem ein für den Gradientensensor identifizierter Wert, wie eine aktuelle Position der Seitenplatte, mit der bekannten Höhe des Fräsrotors über der Fläche verknüpft wird. Auf diese Weise können die Gradientensensoren zunächst automatisch kalibriert werden, sodass die Sensoren nicht mehr von einer oder mehreren Personen manuell kalibriert werden müssen und der Fräsrotor die Oberfläche während der Kalibrierung der Sensoren nicht mehr berühren muss.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren 600 zur automatischen Neukalibrierung eines oder mehrerer Gradientensensoren, wie Seitenplattensensoren, während des Betriebs der Kaltfräsmaschine veranschaulicht. Das Verfahren 600 kann von einem oder mehreren Steuersystemen der Kaltfräsmaschine ausgeführt werden, wie zum Beispiel von dem in 4 dargestellten Steuersystem 400. In Schritt 602 wird eine Frästiefe einer Fräsfläche mithilfe eines oder mehrerer Gradientensensoren, wie beispielsweise einem Sensorzylinder von einem oder mehreren Seitenplattenzylindern der Kaltfräsmaschine, identifiziert. Die Frästiefe kann in Bezug auf eine an die Fräsfläche angrenzende Fläche identifiziert werden. In Schritt 604 wird eine Sensoranordnung, wie zum Beispiel eine am Rahmen der Kaltfräsmaschine befestigte Lidaranordnung, verwendet, um eine tatsächliche Frästiefe in Bezug auf die Fläche neben der Fräsfläche zu identifizieren. In einem Beispiel kann dies durch die Ermittlung eines vertikalen Abstands zur Fräsfläche unter der Fräsmaschine und eines vertikalen Abstands zur angrenzenden Fläche erreicht werden. Die angrenzende Fläche kann eine zuvor gefräste oder ungefräste Fläche sein. Zum Beispiel sollten im Falle eines Anpassungsschnittes der identifizierte vertikale Abstand zur Fräsfläche und der identifizierte vertikale Abstand zur angrenzenden Fläche gleich sein. In Schritt 606 wird die identifizierte Frästiefe mit der tatsächlichen Frästiefe verglichen. Weicht die tatsächliche Frästiefe von der identifizierten Frästiefe ab, können in Schritt 608 der/die Gradientensensor(en) neu kalibriert werden, um einen Fehler zu korrigieren, der während des Betriebs der Kaltfräsmaschine aufgetreten ist, wie z. B. der Verschleiß der Meißel des Fräsrotors. Auf diese Weise können die Gradientensensoren automatisch kalibriert werden, ohne dass der Sensor während des Betriebs der Kaltfräsmaschine von einer oder mehreren Personen manuell kalibriert werden muss.
Die obige ausführliche Beschreibung ist als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung vorgesehen. Der Umfang der Offenbarung sollte daher in Bezug auf die angehängten Ansprüche zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente, die durch die Ansprüche beansprucht werden, ermittelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 10465346 B2 [0003]

Claims

Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors für eine Fräsmaschine (100), das Verfahren umfassend: Identifizieren einer Position von zumindest einem Schenkel (104A, 104B) der Fräsmaschine (100); Identifizieren eines Abstandes von einem Fräsrotor (122) der Fräsmaschine (100) zu einer Fläche unterhalb des Fräsrotors (122) unter Verwendung der identifizierten Position des zumindest einen Schenkels (104A, 104B); Identifizieren eines Wertes, der einem erkannten Zustand zugeordnet ist, unter Verwendung eines Gradientensensors (140) der Fräsmaschine (100), während sich der zumindest eine Schenkel (104A, 104B) der Fräsmaschine (100) an der identifizierten Position befindet; und Kalibrieren des Gradientensensors (140) durch Zuordnung des identifizierten Wertes und des identifizierten Abstandes vom Fräsrotor (122) zur Fläche.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gradientensensor ein mit einer Seitenplatte der Fräsmaschine gekoppelter Seitenplattensensor ist, und wobei das Identifizieren des mit dem erkannten Zustand verbundenen Wertes umfasst: Ausfahren einer an den Fräsrotor angrenzenden Seitenplatte; Erkennen des Kontakts der Seitenplatte mit der Fläche als den erkannten Zustand; und Identifizieren, unter Verwendung des Seitenplattensensors, einer erfassten Position der Seitenplatte als identifizierter Wert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Identifizieren der erfassten Position der Seitenplatte das Identifizieren der Position der Seitenplatte unter Verwendung von zumindest einem Seitenplattensensorzylinder der Seitenplatte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Seitenplatte eine erste Seitenplatte ist und der Seitenplattensensor ein erster Seitenplattensensor ist, und wobei das Verfahren ferner umfasst: Ausfahren einer an den Fräsrotor angrenzenden und der ersten Seitenplatte gegenüberliegenden zweiten Seitenplatte; Erkennen des Kontakts der zweiten Seitenplatte mit der Fläche; Identifizieren einer erfassten Position der zweiten Seitenplatte unter Verwendung eines zweiten Seitenplattensensors; und Kalibrieren des zweiten Seitenplattensensors durch Zuordnen der erfassten Position des zweiten Seitenplattens und des identifizierten Abstands vom Fräsrotor zur Fläche.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Fräsen einer Fräsfläche unter Verwendung des Fräsrotors der Fräsmaschine; Identifizieren einer erwarteten Tiefe der Fräsfläche in Bezug auf eine angrenzende Fläche unter Verwendung des Gradientensensors; Messen einer tatsächlichen Frästiefe der Fräsfläche in Bezug auf die angrenzende Fläche mit einem an der Fräsmaschine positionierten Sensor; und Neukalibrierung des Gradientensensors basierend auf der tatsächlichen und der erwarteten Frästiefe.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Messen einer tatsächlichen Frästiefe das Messen der tatsächlichen Frästiefe unter Verwendung einer an einem Rahmen der Fräsmaschine angebrachten Lidaranordnung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Steuerung des zumindest einen Schenkels der Fräsmaschine in eine ausgewählte Position vor der Identifizierung der Position des zumindest einen Schenkels; wobei das Identifizieren der Position des zumindest einen Schenkels das Identifizieren der Position des zumindest einen Schenkels unter Verwendung zumindest eines Sensorzylinders des zumindest einen Schenkels umfasst.
Fräsmaschine (100), umfassend: einen für den Eingriff mit einer Fläche unterhalb der Fräsmaschine (100) ausgebildeten Fräsrotor (122); zumindest ein Schenkel (104A, 104B), der zum Heben und Senken der Fräsmaschine (100) steuerbar ist, einen Gradientensensor (140), der zum Erfassen einer Position ausgebildet ist, die eine Frästiefe des Fräsrotors (122) anzeigt; und eine Steuerschaltung (400), die für den Empfang von Daten von dem Gradientensensor (140) ausgebildet ist, wobei die Steuerschaltung (400) ausgebildet ist zum: Identifizieren eines Abstands vom Fräsrotor (122) zur Oberfläche basierend auf einer ausgewählten Position des zumindest einen Schenkels (104A, 104B); Identifizieren eines mit einem erkannten Zustand verbundenen Wertes unter Verwendung des Gradientensensors (140), während sich der zumindest eine Schenkel (104A, 104B) an der ausgewählten Position befindet; und Kalibrieren des Gradientensensors (140) durch Zuordnen des identifizierten Abstands vom Fräsrotor (122) zur Fläche und des identifizierten Werts.
Die Fräsmaschine nach Anspruch 8, wobei der Gradientensensor ein Seitenplattensensor ist, und wobei die Fräsmaschine ferner umfasst: eine Seitenplatte, die ausfahrbar ist, um die Fläche unter der Fräsmaschine neben dem Fräsrotor zu berühren; wobei die Steuerschaltung weiterhin ausgebildet ist, um den Kontakt der Seitenplatte mit der Oberfläche als den erfassten Zustand zu erkennen und unter Verwendung des Seitenplattensensors eine erfasste Position der Seitenplatte als den identifizierten Wert zu identifizieren.
Fräsmaschine nach Anspruch 9, wobei die Seitenplatte eine erste Seitenplatte ist und der Seitenplattensensor ein erster Seitenplattensensor ist, und wobei die Fräsmaschine ferner umfasst: eine zweite Seitenplatte, die ausfahrbar ist, um die Fläche unter der Fräsmaschine angrenzend an den Fräsrotor und gegenüber der ersten Seitenplatte zu berühren; und einen zweiten Seitenplattensensor, der zum Erfassen einer Position der zweiten Seitenplatte ausgebildet ist, wobei die Steuerschaltung ferner ausgebildet ist zum: Empfangen einer Eingabe von dem zweiten Seitenplattensensor; und Kalibrieren des zweiten Seitenplattensensors durch Zuordnen des identifizierten Abstands vom Fräsrotor zur Fläche und der erfassten Position der zweiten Seitenplatte.