Kollisionsschutzeinrichtung für Fördergeräte

Abstract

 Kollisionsschutzeinrichtung für Bagger, Tagebau-fördergeräte o.ä., die Ausleger aufweisen, welche durch Sensoren vor einer Kollision mit dem Material oder mit anderen Objekten geschützt sind. Die Sensoren sind als Lichtstrahlen (14) ausge­bildet, die in einem Gerät (2, 28) erzeugt werden und die Kol­lisionsobjekte (9, 10, 11, 12, 21, 22) über Reflektion erfassen, wobei die Position des Materials (9, 10, 11, 21) oder der ande­ren erfaßten Objekte (12, 22) in bezug auf das Gerät (2, 28) durch einen Rechner (27) ermittelt und ausgewertet wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kollisionsschutzeinrichtung für Bagger, Tagebau-Fördergeräte o. dgl., die Ausleger aufweisen, welche durch Sensoren vor einer Kollision mit dem Material oder mit anderen Objekten geschützt sind.

[0002] Im gesamten Gebiet des "material-handling", insbesondere aber in Abbaubetrieben für Kohle, Erze etc. im Tagebau, also für Bagger, Schüttgutaufnehmer, Schüttgutabsetzer oder dergleichen, werden Kollisionsschutzeinrichtungen benötigt, um mit hohen Kosten verbundene Beschädigungen der Geräte und Produktionsausfälle zu vermeiden. Es ist bekannt, hierfür als Sensoren Fühler in Stab- oder Drahtform zu verwenden, die an den Geräten angebracht sind oder zwischen Geräten und ihren Auslegern aufgespannt werden. Auch herabhängende, durch Gewichte gespannte Kollisions­schutz-Sensoren sind bekannt. Die bekannten Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie nur auf eine Berührung mit Hindernissen ansprechen und die Position und Lage der berührten Hindernisse nicht erkennen. Desweiteren arbeiten sie träge und sind stö­rungsanfällig.

[0003] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kollisionsschutzeinrichtung für Bagger, Fördergeräte, Schüttgutaufnehmer-Schüttgutabsetzer oder dergleichen anzugeben, mit der die vorstehenden Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll eine berührungsfreie Objek­terfassung auf größere Entfernungen möglich sein. Damit kann dann der Bewegungsbereich des Fördergerätes besser ausgenutzt und die Sicherheit gegen Kollisionen unter Berücksichtigung des Bremsweges erhöht werden.

[0004] Die Aufgabe wird dadurch gelöste daß die Sensoren als Licht­strahlen ausgebildet sind, die in einem Gerät erzeugt werden und die Kollisionsobjekte über Reflektion erfassen, wobei die Position der erfaßten Objekte in bezug auf das Gerät durch einen Rechner ermittelt und ausgewertet wird. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Erfassung von Kollisionsmöglichkeiten aller Art durch einen Lichtstrahl kann die Kollisionssicherheit auch bei Tagebau-Fördergeräten erheblich verbessert werden. Durch eine Anzeige mit Hilfe einer Rechnerauswertung ergibt sich darüber hinaus die Möglichkeit, den Arbeitsbereich eines För­dergerätes in bisher unerreichter Weise zu überwachen. Die Überwachung ist dabei auf wesentlich grössere Entfernungen als bisher möglich. Je nach Anbringungsart der Kollisionsschutz­einrichtung am Fördergerät oder an seinen Auslegern kann dabei ein allgemeiner oder ein spezieller Kollisionsschutz, z.B. an Böschungskanten, erreicht werden. Die Anbringung der Sensoren kann dabei je nach der zu lösenden Aufgabe variiert werden.

[0005] In Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Lichtstrahlen aus Laserlicht, insbesondere aus gepulstem IR-­Laserlicht (Wellenlänge z.B. ca. 900 Nanometer), bestehen. Laserlicht, insbesondere gepulstes Laserlicht hat eine hohe Energiedichte und ist gegen Umwelteinflüsse relativ unempfind­lich. Die erhaltene Reflektion ist hoch, so daß eine solche Einrichtung besonders sicher betrieben werden kann. Je nach Wellenlänge des verwendeten Laserlichtes können erhebliche Entfernungen überbrückt werden. Für die Überwachung kleiner Entfernungen kann auch mit Stroboskop-Lichtblitzen gearbeitet werden. Beide Möglichkeiten erlauben ein Scannen.

[0006] Das Scannen erfolgt im einfachsten Fall durch eine Linienabta­stung in Bewegungsrichtung des Fördergerätes oder seiner Aus­leger, wobei vorteilhaft einfach ein scheibenförmiger oder scheibensegmentförmiger Bereich gegen Kollisionen überwacht werden kann. Eine Vergrößerung des Überwachungsbereiches ist dabei durch eine Abstrahlung der Lichtstrahlen rasterartig über einen vorgegebenen Raumwinkel, insbesondere zeilenweise wie bei einer Fernsehkamera oder durch kegel- oder kugelförmige Abstrahlbereiche möglich. Hierfür sind lediglich durch einfache optische Einrichtungen erreichbare Schwenkbewegungen notwendig.

[0007] Die Arbeitssicherheit der erfindungsgemäßen Kollisionsschutz­einrichtung wird erhöht, wenn der Lichtstrahl mit einem Aus­wertegerät und einem Rechner verbunden ist, in dem eine Frei­raumberechnung durchgeführt wird und insbesondere, wenn dieser Freiraum auf einem Bildschirm dargestellt wird. So lassen sich die Veränderungen des Freiraumes auch visuell erfassen und überwachen. In die Darstellung kann dabei auch noch ein Sicher­heitsraum eingefügt werden, dessen Erreichen optisch oder aku­stisch angezeigt wird. Dieser Sicherheitsbereich kann durch eine Restwegberechnung in bezug auf die Kollisionsobjekte ermittelt werden, so daß stets für eine Abbremsung und einen Stopp der bewegten Teile des Fördergerätes vor einem Hindernis gesorgt wird. Die Erkennung des Sicherheitsbereiches erhöht die Kolli­sionssicherheit mit Hilfe der Kollisionsschutzeinrichtung er­heblich und in bisher, mit den mechanisch arbeitenden Einrich­tungen, nur schwer realisierbarer Weise.

[0008] Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit ist vorgesehen, daß die Kollisionsschutzeinrichtung von Zeit zu Zeit auf Kontrollmar­kierungen messend ausgebildet ist. Hierdurch kann zum einen eine beständige Funktionskontrolle durchgeführt werden, desweiteren ist aber auch noch eine Positionierung des Gerätes oder der be­wegten Teile des Fördergerätes im Raum möglich. Die Kontroll­markierungen können fortlaufend, z.B. bei schienengebundenen Fördergeräten, aber auch schrittweise, versetzt und neu ausge­richtet werden. So ist ein Fortschritt der Kontrollmarkierungen mit dem Arbeitsfortschritt gewährleistet.

[0009] Von besonderem Vorteil ist es, wenn in dem Rechner der Kontroll­einrichtung Konturen von Kollisionsobjekten gespeichert sind, die mit den Konturen der erfaßten Objekte verglichen werden. Hierdurch kann vorteilhaft der Kollisionsschutz erweitert wer­den auf eine allgemeine Information über die Gestalt der im Bereich der Kollisionsschutzeinrichtung liegenden Objekte, z.B. Böschungen. Desweiteren ist eine Aussage über die korrekte Annäherung an Objekte, die z.B. den Arbeitsbereich begrenzen, möglich. Informationen dieser Art sind für die Steuerung des Fördergerätes und seiner Einzelteile von erheblichen Interesse.

[0010] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an­hand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteransprüchen. Es zeigen:

FIG 1 die Erfindung in Prinzipdarstellung mit einer Anbringung der Kollisionsschutzeinrichtung am Pylon eines Schaufel­radbaggers von der Seite,

FIG 2 eine Anordnung der Kollisionsschutzeinrichtung am Schau­felradausleger von oben und

FIG 3 ein Blockschaltbild der Einrichtung mit ihrem Rechner in vereinfachter Form.

[0011] In FIG 1 ist mit 1 das schematisch angedeutete Fördergerät be­zeichnet, das in dem Ausführungsbeispiel einen Schaufelradbagger darstellt. Auf dem Fördergerät 1 ist das Gerät 2 der Kollisi­onsschutzeinrichtung angeordnet, das gegenüber dem Fördergerät 1 unabhängig verschwenkbar ist. Die Verschwenkung erfolgt vorteilhaft nach einem vorgegebenen Programm, das sich an dem vorgesehenen Arbeitsbereich des Fördergerätes 1 orientiert. Die Position des Gerätes 2 ist vorteilhaft so gewählt, daß ein von dem Fördergerät 1 möglichst ungestörtes Abtasten des Arbeitsbe­reiches des Fördergerätes 1 möglich ist.

[0012] Das Fördergerät 1, in dem hier dargestellten Beispiel ein Schau­felradbagger, ist auf einem Fahrgestell 3 angeordnet, das über die Laufwerke 4 verfahrbar ist. Das Schaufelrad 5 arbeitet auf ein Förderband 6, das das geförderte Material auf ein weiter­führendes Band 8 abgibt. Unter dem Förderband 6 ist im Bereich des Baggers eine Schürze 7 angeordnet, die herabfallendes Ma­terial ableitet. Der Bagger steht auf dem Grund 9, über dem sich in dem Beispiel abzutragendes Material 10 befindet. Oben wird das abzutragende Material 10 durch eine Deckschicht 11 begrenzt, auf der sich auch Kollisionsobjekte (12) befinden können. In diesem Fall, für den mechanische Sensoren keine Lösungsmöglich­keit bieten, ist ein möglichst hoher Standort des Gerätes 2 an­gezeigt.

[0013] Von dem Gerät 2 gehen Lichtstrahlen 14 aus, die in den Punkten 13 auf das abzubauende Material und auf Kollisionsobjekte 12 treffen. Die Kollisionsobjekte sind vielfältiger Natur, es kann sich sowohl um Felsbrocken, eingefallene Böschungsteile, die Kante einer Abbaukontur als auch um liegengebliebene Maschinen aller Art oder sogar um Teile anderer Fördervorrichtungen han­deln. In allen Fällen muß für ein rechtzeitiges Bremsen und Abstoppen der Bewegungen der Fördervorrichtung 1 und ihrer einzelnen Teile, z.B. 5 oder 6, Sorge getragen werden.

[0014] Eine Anbringung von Lichtstrahlenerzeugungsgeräten, wie sie z.B. aus "Lasertechnik: e.Einf.", Hüthig-Verlag, Heidelberg, 1982, S. 368 ff. prinzipiell bekannt sind, zu beiden Seiten eines Schaufelrades 23 zeigt FIG 2. Das Schaufelrad 23 ist mit seiner Achse 24 im Ausleger 20 etwa in der Ebene gelagert, in der sich die Geräte 15 und 16 befinden. Diese senden, ähnlich wie in FIG 1 gezeigt, fortlaufend Strahlen, vorzugsweise Lichtstrahlen, insbesondere gepulste Laserstrahlen, aus, die entlang der Scan­linien 18 und 19 je eine Ebene vor und hinter dem Schaufelrad 23 fortlaufend abtasten und die Abbaufront 21 sowie die Einzel­heiten auf der Oberfläche, wie den Felsbrocken 22, erfassen. Die gepulsten Laserstrahlen haben bei einer Pulsdauer von einigen Nanosekunden, vorteilhaft 1-2 Nanosekunden, eine Puls­frequenz im Kilohertzbereich. So ist eine einwandfreie Aus­ wertung der Laufdauer der Impulse möglich. Bei statistischer Auswertung einer großen Impulszahl ergibt sich mit im Handel befindlichen Elektronikbausteinen eine Meßgenauigkeit von einigen Millimetern.

[0015] Es besonders vorteilhaft, wenn sowohl in Arbeitsrichtung vor dem Schaufelrad 23 ein Laserscanner angeordnet ist als auch dahinter. Hierdurch kann sowohl ein Kollisionsschutz in beiden Richtungen erreicht werden, als auch mit dem Fördervorgang zusammenhängende Daten fortlaufend ermittelt werden, die der Regelung des Abbauvorganges dienen können.

[0016] In FIG 3 bezeichnen 25 die, falls vorteilhaft, nach allen Rich­tungen innerhalb einer Halbkugel, abgestrahlten Lichtstrahlen, die z.B. in einem Laserscanner 28 erzeugt werden.

[0017] Wie sich aus dem Blockschaltbild in FIG 3 ergibt, werden die Werte aus der Objekterfassung durch die Lichtstrahlen 25 in der Kollisionsschutzeinrichtung zunächst einem Auswertegerät 26 zugeführt, das diese einem Rechner 27 aufgibt. Dieser er­mittelt den Abstand und die Winkellage des Objektes und errech­net den noch verbliebenen Freiraum sowie bei einer weiteren Annäherung des Fördergerätes oder eines seiner Teile an das Kollisionsobjekt den Restweg, der zur sicheren Abbremsung und zum Stopp der bewegten Teile notwendig ist. Von dem Rechner 27, der vorzugsweise einen Monitor 30 aufweist, werden Steuersignale 29 zur Abbremsung oder zum Stopp des Fördergerätes oder seiner einzelnen Teile abgegeben. Die weitere Steuerung der Bewegungen erfolgt nunmehr visuell geführt von Hand.

[0018] Die vorstehende Erfindung ist anhand von Beispielen beschrieben. Es versteht sich dabei für den Fachmann von selbst, daß nahelie­gende Ausgestaltungen, z.B. bezüglich des Lichtstrahles, seiner Erzeugung und Auswertung, mit von der Erfindung umfaßt werden. Gerade auf dem Gebiet der Laser- und Rechnertechnik ist zur Zeit ein schneller Fortschritt zu beobachten.

Ansprüche

1. Kollisionsschutzeinrichtung für Bagger, Tagebau-Fördergeräte o.ä., die Ausleger aufweisen, welche durch Sensoren vor einer Kollision mit dem Material oder mit anderen Objekten geschützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren als Lichtstrahlen (14) ausgebildet sind, die in einem Gerät (2, 28) erzeugt werden und die Kollisionsobjekte (9, 10, 11, 12, 21, 22) über Reflektion erfassen, wobei die Position des Materials (9, 10, 11, 21) oder der anderen erfaßten Objekte (12, 22) in bezug auf das Gerät (2, 28) durch einen Rechner (27) ermittelt und ausgewertet wird.

2. Kollisionsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen (14) aus Laserlicht, insbesondere aus gepulstem IR-Laserlicht (Wellen­länge z.B. 900 Nanometer), bestehen.

3. Kollisionsschutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­durch gekennzeichnet, daß das Gerät (2, 28) zur Erzeugung der Lichtstrahlen (14) als Scanner aus­gebildet ist.

4. Kollisionsschutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 3, da­durch gekennzeichnet, daß das Gerät (2, 28) zur Erzeugung der Lichtstrahlen (14) als Stroboskop­scanner ausgebildet ist.

5. Kollisionsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen­länge des Lichtes der Lichtstrahlen (14) im Infrarotbereich liegt und daß das Licht von einem Festkörperlaser erzeugt wird.

6. Kollisionsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht­strahlen (14) scheibenförmig oder in Scheibensegmenten abge­strahlt werden.

7. Kollisionsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht­strahlen (14) rasterförmig über einen vorgegebenen Raumwinkel, insbesondere zweilenweise abgestrahlt werden.

8. Kollisionsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen (14) kegel- oder kugelförmig abgestrahlt werden.

9. Kollisionsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Auswertegerät (26) und einen Rechner (27) aufweist, in dem insbesondere auch eine Freiraumberechnung durchgeführt wird.

10. Kollisionsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollisionsobjekt-Anzeige auf einem Bildschirm (30) insbe­sondere in Form einer Freiraumdarstellung, erfolgt.

11. Kollisionsschutzeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, da­durch gekennzeichnet, daß in dem Rechner (27) eine Restwegberechnung in bezug auf die Kollisionsobjekte unter Berücksichtigung des Bremsweges durchgeführt wird.

12. Kollisionsschutzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß es von Zeit zu Zeit auf Positions- und Kontroll­markierungen messend ausgebildet ist.

13. Kollisionsschutzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß in einem Rechner (27) Konturen von Kollisionsob­jekten gespeichert sind, die mit den Konturen der erfaßten Ob­jekte, insbesondere zur Annäherungssteuerung, verglichen werden.

14. Kollisionsschutzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines reflektierten, insbesondere in einem Laser­scanner erzeugten, Lichtstrahles zur Kollisionsüberwachung von Baggern, Tagebau-Fördergeräten o. dgl.

Zeichnung