Lézeres gépvezérlés alkalmazása földmunkagépeken VI.

Szakcikkek - 2010-09-22 15:25:33 nyomtatás cikk nyomtatása



Magasságvezérlés lézersíkkal

A munkagép feladata az, hogy a beállított szintet tartsa, és ennek a szintnek nem, vagy csak igen kis mértékben szabad változnia.
Az ultrahangos vezérlésnél ismertetett letapogatható felület hiányában a feladathoz alkalmazható megoldást jelent egy lézeradó, mely az előállítandó síkkal párhuzamos síkot hoz létre, és egy olyan detektor, melynek jól látható kijelzője, vagy a kezelőfülkébe vezetett kijelző rendszere van.

A rendszer alkalmazásával a lézersík vételéből adódóan 2 centiméteres pontosság érhető el. A jeladó és a detektor teljesítményétől függően a gép akár 450 méterre is eltávolodhat a jeladótól munkavégzés közben, megtartva az adott magasságot.

A fedélzeti szenzorrendszer gondoskodik a vágóél vagy a tolólap megkívánt keresztirányú dőléséről. A mindenkori magasság tartását a lézerfény síkja adja meg, melyet egy vagy két detektor érzékel. A központi egységgel összekötve vezérli a hidraulikát, ezáltal a tolólapot vagy a vágóélt.

Egy egyszerű szintkijelzős rendszer működése:

1. A jeladót, mely előállítja a lézersíkot, felállítják a munkaterület közepére. A kültéri munkákhoz általában láthatatlan, infravörös lézer használatos, ezért a szint megtalálásához a detektort a gépen le-fel mozgatják, amíg az megtalálja a lézersíkot. Ekkor a vezető rögzíti a detektort tartó árboc magasságát és megkezdi a munkát.
2. A munka közben a kezelő fényjeleken keresztül kap információt az aktuális munkaszint és az elkészítendő szint kapcsolatáról, ezen információk alapján avatkozik be.



Lézer jeladók

A gépvezérlésekhez használt lézer (ábra) forrása a lézer dióda, mely üveg kompenzátor egységben egy hőelvezető foglalatba van ágyazva. A lézersugár a kollimátor lencsén keresztül jut a kilépő ablakhoz. Az acél panel (a tengelyállító berendezés része) a mágnes panel által egy helyben tartott forgatóegység alapja.

A penta prizma a függőlegesen vetített kilépő sugarat 90º-ban megtöri, ekkor vízszintes lézersugár keletkezik. A prizma forgatásáról egy változtatható fordulatszámú motor gondoskodik. A prizmát tartó rotor egységet két golyóscsapágy tartja tengelyben.
A feladathoz alkalmazkodva olyan lézeradó is választható, melyen a függőleges tengelyt bizonyos határokon belül dönteni lehet. A beállítható dőlés függ a kialakításától, vannak jeladók, melyek x tengely irányába 20º-os szögben állítható és további 10º-kal az y irányba is.

A készülék vízszintezését a jeladó automatikusan elvégzi. A felállított készülék helyzetét egy szintező libella buborékja ellenőrzi. A légbuborékot infravörös fény világítja meg, ha a libella túloldalán lévő két pozícionált fotodióda azonos jeleket érzékel, akkor a készülék helyzete megfelelő.



A munka megkezdése előtt az állványon, bekapcsolt állapotban levő jeladó magasságát egy mérőlécen elhelyezett, kisebb ellenőrző lézerdetektorral lehet elvégezni. A detektort a kívánt magasságra kell állítani, és a lézer jeladó magasságát addig kell állítani, amíg a detektor helyes magasságot nem jelez. A jeladó magasságát feltöltésnél a bedolgozandó anyag mennyiségétől és minőségétől függően kell megállapítani, mivel az anyagtömörítés süllyedést eredményez.



Az adott kiépítés használható ellenőrzésre is. Egy detektort a mérőkocsira szerelnek, mely a munkaterületen mozog. A magassági változásokat érzékeli és eltárolja a mérőkocsiban elhelyezett számítógép, ezeket később ki lehet értékelni és számításokat lehet végezni a további földmunkákkal kapcsolatban.



Detektorok

Fényes nappal a lézerfény vizuális érzékelésének szab határt a sugárforrástól való távolság. A lézersugár intenzitása napfény hatására annyira lecsökken, hogy 10-20 méter távolságból a lézerfényt már nem lehet ernyőn felfogni. Ennél nagyobb távolságban a lézerfény már csak fotoelektromos érzékelőkkel mutatható ki.

A kibocsátott lézerjel felfogására különleges jelfogókat alkalmaznak. Ezek az eszközök olyan fényérzékeny cellákkal vannak ellátva, melyek behatárolják lézersík „keresztmetszetének középvonalát”. A távolsággal arányos szóródás miatt beszélhetünk a sík keresztmetszetének középvonaláról, mivel a lézer berendezéstől 300-400 méter távolságban a forgólézer elméleti síkja szóródik, elméleti középtől való eltérése már sávként érzékelhető, eltérése centiméterekben mérhető. Ennek a sávnak az energiaközpontját kell a detektornak megtalálnia.

A fotoelektromos érzékelőknek (fotódetektoroknak) két alapvető típusa van:
• A fotoelemes érzékelő fény hatására mérhető feszültséget ad
• A fotodiódás érzékelő fény hatására az ellenállást változtatja
A képződött jel egy vizuális vagy audio eszközt aktivál:
• Vizuális eszköz esetén függőleges fénysor vagy nyilak jelzik a lézersík magasságát.
• Hangjelzés esetén a szaggatott hang folyamatos sípolásba megy át.
• Elektromos kimenet esetén a gép vezérlőrendszeréhez kerül a jel.

A fényérzékeny cellák (lásd ábra) különböző alakzatokban vannak elrendezve a detektor típusától függően, oszlop vagy henger alak a megszokott. Nagyobb érzékelési hossz gyorsabb érzékelést jelent, mivel kevesebb kereső üzemmódban való működésre van szükség a lézersík megtalálásához.



Bár különböző detektorokat gyártanak, felhasználás szerint mégis mind besorolható ebbe a két fő kategóriába: általános felhasználású és gépvezérlésre alkalmas típusok.
A gépvezérlésnél használatos detektorok általában nagyobbak, nehezebbek és drágábbak, mint az általános felhasználású társaik. További különbségek:

1. 360º-os vételi szöggel rendelkeznek. Ezt úgy érik el, hogy a fényérzékeny cellákat függőleges henger alakban szerelik fel, így bármely irányból érkezhet a lézersugár
2. Nagyobb érzékelési tartománnyal rendelkeznek, hogy jobb irányíthatóságot biztosítsanak a gépnek. A cellák 200 mm-nél hosszabb sorban vannak elhelyezve, de van olyan rendszer is, melyben az érzékelési tartomány 1 m.
3. A növelt méretek és nagyobb érzékelési képesség miatt több energiát igényelnek, melyet külső akkumulátorról, vagy az alapgép elektromos rendszeréből vesznek.

Az eszközök erős és vízhatlan kialakítása azt eredményezi, hogy ellenállnak a munkaterületen előforduló körülményeknek. Mindig egy merev vagy egy teleszkópos árbocon állnak, mely a gép egy megfelelő pontjára van függőlegesen szerelve, pl. a vágóél fölé.

A lézersugár fordulatszámának elegendően nagynak kell lennie ahhoz, hogy a detektor ne veszítse el a jelet. Ha túl lassan forog, akkor a vágóél a szenzor által utoljára kapott jel alapján dolgozik. Ez egyenetlenségekhez vezet, mivel a hidraulika nem tud azonnal válaszolni, ha a késett jelhez kell igazodnia. A 300 1/perc fordulatszámmal forgó lézersugár másodpercenként 5-ször, a 600 1/perc fordulatszámú 10-szer találkozik a detektorral, ez növeli az elvégzett munka minőségét.

Ha megfelelő fordulatszám van beállítva, a sugár útját akkor is megzavarhatják fák vagy más akadályok, melyeknek ugyanaz a hatása lehet, mint a lassú lézer fordulatszámnak. Ennek elkerülése végett a rendszerek rendelkeznek beépített memóriával, mely folyamatosan figyeli a jeleket és időleges kimaradás esetén az előző jelfolyam alapján irányítja a gépet, míg a jelet újra megtalálja.

Az újabban Controller Area Network (CAN) buszrendszerrel szerelt gépek kommunikációs hálózatot biztosítanak az összes elem számára. Ez az elektronikus adatátviteli szabvány lehetővé teszi, hogy az alkotóelemek az alkalmazási környezettől függően könnyen felszerelhetők vagy eltávolíthatók legyenek.
A kotrógépes talajkitermelés is segíthető a fenti rendszerrel, szennyvíz és öntöző csatornák kiépítésénél.

A lézeres irányítással felszerelt géprendszerek előnyei a következőkben foglalhatók össze:

1. Elkerülhető az alá- és fölényesés, mellyel idő és anyag takarítható meg
2. Nincs szükség kitűzésre, zászlózásra, (útépítésnél) csupán a nyomvonal tengelyét kell jelölni
3. A hibásan bemért és beállított vezetőhuzalok okozta utólagos javítások, átépítések megszűnnek
4. Logisztika leegyszerűsödik, nem kell a vezetőhuzal miatt kerülő úton közlekedni
5. Egyidejűleg több gép irányítható
6. Kevesebb járat szükséges a szükséges szint eléréséhez. Napi 5000 m2 készre munkálásával becslések szerint évi 8 munkanap és az ellenőrző csapat költsége takarítható meg.
7. A pontosság ±10 mm között tartható
8. A munka ugyanolyan minőségben végezhető éjszaka is, mint nappal (emberi tényezőt nem számítva). Ez szorosabb ütemtervet enged, az időjárás miatti kényszerszünetek hatása csökkenthető.

Pinczés Ferenc diplomaterve alapján
Konzulens: Dr. Balpataki Antal


A Szakcikkek rovat további cikkei:

Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával IV.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok XI.
Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával III.
Földmunkagépek minőségi vizsgálata I.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok X.



A gépnet.hu legfrissebb hírei:

Az SSAB öt új termékcsaládot vezet be az egyedi ügyféligények kielégítésére
Strenx acél: magasság határok nélkül
Melior Laser: beszállítói pozíció új iparágakban
Laser Plus: acél, ami tökéletes simaságot garantál
Ruukki Laser Plus – tökéletes sima felület a lézervágás után



Legolvasottabb a gépneten:

BOSCH DLE 50 digitális lézeres távolságmérő TESZT!
Új anyagtípus: bórral ötvözött acél
Prémium termékek és szolgáltatások prémium vevőknek
„Az év gépe 2010” választás nyertesei
Geotermikus hőerőmű Iklódbördöcén