DD155116A1 - Verfahren und messeinrichtung zur beruehrungslosen erfassung landwirtschaftlicher bearbeitungsgrenzen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messeinrichtung zur beruehrungslosen Erfassung landwirtschaftlicher Bearbeitungsgrenzen oder der durch zusaetzliche Einrichtungen geschaffenen Leitlinien zur Gewaehrleistung des Anschlussfahrens und der Spurhaltung bei Arbeiten mit Traktoren, fahrbaren Landmaschinen und Aggregaten. Ziel der Erfindung ist, eine konstruktiv guenstige Anordnung zweier oder einer Gruppe von Messwertgebern als Messfuehler zu schaffen, indem durch tageszeitunabhaengige Abtastung der Leitlinie sowie eines Oberflaechenbereiches um die Leitlinie die Fahrkursabweichung mobiler landwirtschaftlicher Aggregate als analoges Ausgangssignal ermittelt wird, wenn der Messfuehler mittels Ausleger mit dem mobilen Aggregat gekoppelt und ueber der Leitlinie positioniert ist. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass unter optimalen vorwaerts und rueckwaerts gerichteten Energiestrahlwinkeln groessere Bereiche der unbearbeiteten bzw. bearbeiteten Oberflaeche so erfasst werden, dass durch entsprechende Signalauswertung der seitliche Abstand zur Leitlinie als analoges Ausgangssignal ueber die Auswertung der der Bewegungsgeschwindigkeit senkrecht zur Leitlinie proportionalen Dopplerfrequenz ermittelt werden kann.

Description

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TIt el

Verfahren und Meßeinrichtung zur berührungslosen Erfassung landwirtschaftlicher Bearbeitungsgrenzen

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Meßeinrichtung zur berührungslosen Erfassung landwirtschaftlicher Bearbeitungsgrenzen oder der durch zusätzliche Einrichtungen geschaffenen Leitlinien zur Gewährleistung des Anschlußfahrens und der Spurhaltung bei Arbeiten mit Traktoren, fahrbaren landmaschinen und landwirtschaftlichen Aggregaten.

Bekannte technische Lösungen

In den bekannten technischen Lösungen nach DD-PS 101 260, DE-OS 2 241 682 und SU-Urheberschein 231 917 wird vorgeschlagen, Leitlinien - landwirtschaftliche Bearbeitungsgrenzen,die in einem Arbeitsgang oder durch Zusatzeinrichtungen erzeugt werden, optisch oder akustisch zu erfassen· Eine vorhandene Fahrkursabweichung wird in diesem Pail dadurch ermittelt, daß der Meßfühler mittels Ausleger starr an das mobile Aggregat gekoppelt ist und somit die seitliche Verschiebung der Aggregat längsaclise zur Leitlinie als Abstand gemessen und mit der Führungsgröße verglichen werden kann. Nach DD-PS 101 260 werden die Führungs- und Regelgröße durch Vergleich der Energiedifferenz der reflektierten Strahlen von bearbeitetem und unbearbeitetem Boden mittels darüber befindlicher Meßfühler und entsprechender Signalauswertung gebildet. Das Meßprinzip liefert ein analoges Ausgangssignal als Regelabweichung.. Nachteilig bei der optisch ausgelegten Vari-

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ante ist die Verwendung von drei Meßwertgebern« Unterschiedliche Arbeitskennlinien und Alterungserscheinungen optischer Bauelemente wie Fotowiderstände u.a_e erzeugen ein zusätzliches Fehlersignal als Störgröße, Ein auswertbarer Kontrast bei unterschiedlichen Bodenreflexionseigenschaften kann nur durch eine Integration der reflektierten Energieströme über größere Aufnahmebereiche der Meßfühler erzeugt werden, wodurch sich ihr Abstand zueinander vergrößert und zu einer konstruktiv ungünstigen Me ßfülile rauf hängung führt. Als Signalparameter wird die Amplitude der vom Aufnahmebereich der Meßfühler reflektierten Energiestrahlung ausgewertet. Leitlinien mit optisch ähnlichen Reflexionseigenschaften wie sie z.B, beim Pflügen (unbearbeiteter Boden, Furchensohle) entstehen können«, sind, gegenwärtig nicht erfaßbar. Nach DE-OS 2 241 682 wird durch entsprechende Positionierung eines Meßwertgebers oder einer Gruppe von Meßwertgebern über der Leitlinie das Signal für die Regelabweichung einfacher erzeugt, indem unter Verwendung von Ultraschall als Energiestrahlung ein Schallaufze it- oder Amplitudenvergleich der von der Leitlinie reflektierten Energieströme durchgeführt wird» Nach entsprechender Signalauswertung entsteht ein diskretes Ausgangssignal z.B. 3-Punktsignal, Die zur Informationsgewinnung einer Richtung als Regelabweichung notwendige Anzahl von Meßwertgebern ist kleiner, so daß ihre konstruktive Anordnung am Ausleger günstiger gestaltet werden kann» Der tageszeitunabhängige Einsatz der Meßeinrichtung ist problemlos mögliche Meßeinrichtungen mit Mehrpunkt Signalen als Regelabweichung erschweren die Optimierung des Gesamtregelkreises, wenn die Forderungen nach.Stabilität, gütern Einschwingverhalten und kleiner Regelabweichung zu berücksichtigen sind. Eine Linearisierung derartiger Meßeinrichtungen im Regelkreis ist nicht ohne weiteres möglich, Meßglieder mit analogen Ausgangssignalen als Regelabweichung bieten durch Anwendung zusätzlicher regelungstechnischer Maßnahmen die Möglichkeit, das Verhalten des geschlossenen Regelkreises entscheidend zu verbessern, so daß eine Optimierung nach obengenannten Kriterien erleichtert wird* Eine Linearisierung der Ausgangskennlinie akustischer Meßeinrichtungen mit Signalauswertung durch Laufzeit- oder Amplitudenvergleich ist technisch aufwendig

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und verschlechtert das dynamische Verhalten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Meßeinrichtung zu entwickeln, indem für die Erfassung verschiedener Leitlinien da3 Signal der Pührungsgröße einfach ermittelt v/erden kann, die Regelabweichung als analoges Ausgangssignal tageszeitunabhängig vorliegt und die Meßfühleranordnung konstruktiv günstig gestaltet werden kann,

Wesen der Erfindung

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, zu sichern, daß die Meßeinrichtung neben der Richtung der Regelabweichung als diskretes Ausgangssignal auch den jeweiligen seitlichen Abstand senkrecht zur Leitlinie als analoges Ausgangssignal bestimmen kann, ohne daß die Anzahl der zu positionierenden Meßwertgeber über der Leitlinie wesentlich vergrößert wird, um somit die bereits genannten in der technischen Realisierung aufwendigen Lösungen zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem als Signalparameter neben der Laufzeit auch die Frequenz der an rauhen Oberflächen reflektierten Energiestrahlung ausgewertet, der seitliche Abstand als analoges Signal für die Rege labweichung auswertbar und wenn der senkrecht zur Leitlinie zurückgelegte Weg des Meßfühlers in konstanter Meßhöhe über die Auswertung der der Bewegungsgeschwindigkeit proportionalen Dopplerfrequenz ermittelt werden kann. Durch Integration des geschwindigkeitsproportionalen Meßsignals kann der in Bewegungsrichtung des Meßfühlers zurückgelegte Weg gewonnen werden. Der analoge seitliche Abstand zur Leitlinie als Signal der Führungsgröße ist bekannt, wenn der zurückgelegte Weg nach Verlassen der Meßfühlerposition über der Leitlinie senkrecht zu ihr gemessen wird. Wird als . Energiestrahlung Ultraschall verwendet, ergeben sich im Anwendungsfall dieser Meßeinrichtung für eine automatische Lenkung mobiler Aggregate leicht auswertbare Frequenzdifferenzen (Dopplerfrequenzen) zwischen Sende- und Empfangsstrahlung. Durch die Bodenrauhigkeit, den endlichen Öffnungs-

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winkel der Richtcharakteristik des Meßfühlers und Winke!änderungen der Energieabstrahlung infolge der übertragung der Komponenten der Aggregateigenbewegung über den Ausleger entsteht ein bei nicht zu großen Oberf lächenrauliigkeiten normal« verteiltes Dopplerempfangsspektrum. Die Mittenfrequenz des Spektrums ist die zu bestimmende wahrscheinlichste geschwindigkeit sproportionale Dopplerfrequenz, herden rauhe Oberflächen von einem Meßfühler^ der sich in konstanter Höhe über dieser Fläche bewegt, abgetastet, existiert in Bewegungsrichtung ein optimaler Abstrahlwinkel, der zweckmäßigerweise gleich dem Empfangswinkel der Energie strahlung ist, für den die Bandbreite des empfangenen Dopplerfrequenzspektrums, nachfolgend Strahlwinkel genannt, die daraus resultierende ' Unsicherheit bei der Auswertung der gesuchten Dopplerfrequenz und damit der Fehler der Abstandsmessung minimal werden«, Bei Reflexion von Ultraschallwellen an landwirtschaftlichen Bodenoberflächen liegt der Winkelbereich zwischen 30 und 60 » Vorteilhaft ist» daß mit in Bewegungsrichtung geneigtem Strahlwinkel der Abstand zwischen Sende- und Empfangsfrequenz, verursacht durch die Dopplerfrequenzverschiebungs größer wird* Damit ist es möglich, die gesuchte Bewegungskomponente des Meßfühlers senkrecht zur Leitlinie, von der in Fahrtrichtung parallel zur Leitlinie mit elektronischen Mitteln zu trennen« Meßabstandsänderungen zur Bodenoberfläche, verursacht durch weitere Komponenten der Aggregateigenbewegung Z₀B₆ Rollen, Nicken, Hub u_ea_e, können durch eine vorwärts 1χ& Bewegungsrichtung strahlende und empfangende Meßfühleranordnung mittels Signalauswertung nach dem Jannsverfahren stark reduziert werden, so daß eine Meßwertgewinnung unter Jeldeinsatzbedingungen möglich wird· Mit dem Verfahren wird beabsichtigt, das Signal der Führungsgröße durch die Positionierung eines oder mehrerer Meßwertgeber über der Leitlinie zu erzeugen. Durch Amplituden- oder Laufzeitvergleich innerhalb der Signalauswertung entsteht als Regelabweichung bei einer Fahrkursabweichung ein diskretes Ausgangssignal in Form eines Mehrpunkt signals. Die Richtcharakteristik des Meßfühlers wird dahingehend erweitert, daß neben der Bearbeitungsgrenze zusätzlich unter einem optimalen vorwärts oder rückwärts gerichtetem Strahlwinkel auch die

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unbearbeitete sowie bearbeitete Bodenoberfläche erfaßt wird. Die rückgestreute Energiestrahlung kann empfangen und aus ihr ein analoges Signal gewonnen werden, das als Dopplerfrequenz dem zurückgelegten Weg senkrecht zur Leitlinie proportional ist, so daß der jeweilige Abstand des Meßfühlers zur Leitlinie gemessen werden kann.

Die Meßeinrichtung liefert im statischen Zustand, d.h. keine relative Bewegung senkrecht zur Leitlinie und Fahrtrichtung, bei Übereinstimmung der Führungsgröße mit dem geforderten seitlichen Abstand, die Ausgangsspannung Null. Im dynamischen Zustand, d.h. relative Bewegung senkrecht zur Leitlinie und Fahrtrichtung, bei Abweichung der Führungsgröße von dem geforderten seitlichen Abstand, eine Ausgangsspannung, die die Richtung der Abweichung angibt, und deren Größe proportional zur jeweiligen Abweichung ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel, welches als Verfahren und akustische Meßeinrichtung mit piezoelektrischen Ultraschallschwingern als akustisch-elektrische Wandler (Meßwertgeber) zur Bestimmung der Fahrkursabweichung an der Pflugfurche konzipiert wurde, näher erläutert werden»

In den Zeichnungen zeigen:

Fig«.:1 Positionierung des Meßfühlers über der Pflugfurche Fig.:2 Baugliedplan für die Informationsgewinnung der Fahrkursabweichung als analoges Ausgangssignal der Meßeinrichtung

Fig. 1 zeigt das mobile Aggregat 1, die unbearbeitete Bodenoberfläche 2, die Leitlinie 3, die bearbeitete Bodenoberfläche 4, den Ausleger 5 und den Meßfühler 6» Die Strahlungskeulen K1, K2 tasten die Bearbeitungsgrenze ab und liefern bei Auswertung mittels Laufzeitvergleich ein diskretes Ausgangssignal (3-Punktsignal) als Fahrkursabweichung. Die Keulen K3, K4 tasten vorwärts und rückwärts gerichtet unter den WinkeIn<£^ = ⁰^₂ bearbeiteten bzw. unbearbeiteten Boden ab. Relative Bewegungen des Meßfühlers senkrecht zur Leitlinie können durch entsprechende Signalauswertung von denen in Fahrtrichtung parallel zur Leitlinie getrennt und als

jeweiliger Abstand zur Leitlinie als analoges Ausgangssignal (Regelabweichung) ermittelt werden« Die Richtcharakteristik des Meßfühlers ist so zu optimieren, daß die für die Meßgenauigkeit notwendige Auflösung des seitlichen Abstandes durch Frequenz-= und Laufzeitauswertung erreicht werden kann,, In Fig* 2 wird die Richtcharakteristik Z₄B₆, durch eine Gruppe von Ultraschallschwingern mit unterschiedlichen Strahlwinkeln erzeugt» Die empfangenen vom Boden reflektierten Energiestrahlungen werden in den Baugliedern der Signalauswertung weiterverarbeiten Sie besteht aus dem Sendegenerator.7_S dem Taktgenerator 8, der Sende- und Empfangsschaltung S₉ 10, einer Schlatung zur Laufzeitauswertung 11 und einer Schaltung zur Auswertung der Dopplerfrequenz 12· Wird durch die Schal-, tung 11 eine Fahrkursabweichung festgestellt» ermittelt Schaltung 12 den jeweiligen seitlichen Abstand durch eine Dopplerfrequenzmessung und Integration und bildet ein analoges Ausgangssignal 13 als Regelabweichung der Meßeinrichtung, Eine ebene Anordnung der Meßwertgeber ist z.B. möglich, wenn diese als Target äquidistant angeordnet werden und die erforderliche Richtcharakteristik elektronisch durch eine künstliche Kompensation erzeugt wird*.

Claims (5)

1, Verfahren zum berührungslosen Erfassen landwirtschaftlicher Bearbeitungsgrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß ein über der Leitlinie (3) mittels Ausleger starr an das mobile Aggregat gekoppelter positionierter Meßfühler (6) mit entsprechender Richtcharakteristik die Bearbeitungsgrenze sowie einen Teil der unbearbeiteten (2) und bearbeiteten Bodenoberfläche (4) abtastet, durch eine Signalauswertung mittels Amplituden- bzw, Laufzeitvergleich das Signal der Führungsgröße von einem Anzeigegerät ableitet, eine vorhandene Fahrkursabweichung (11) und deren Richtung erkennt sowie der Fahrkurs (Regelgröße) als der jeweilige Abstand zur Leitlinie (3) über die Ermittlung der in Bewegungsrichtung des Meßfühlers (S) senkrecht zu Ihr geschwindigkeitsproportionalen Dopplerfrequenz (12) und anschließender Integration als Wegmessung bestimmt und durch Vergleich mit der Führungsgröße (Leitlinie) ein zur Regelabweichung proportionales analoges Ausgangssignal (13) gebildet wird.

2* Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Meßeinrichtung gewonnene Weg- und/oder Geschwindigkeit ε- und/oder Richtungskomponenten dazu benutzt werden, um Strukturen der automatischen Lenkung mit mehreren Prozeßgrößen, wie seitliche Abstandsmessung und zusätzliche Bestimmung der Fahrkursrichtungsabweichung, zu realisieren.

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Erfindungsanspruch.

3· Meßeinrichtung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale von Führungs- und Regelgröße in der Signalauswertung gleichzeitig, nacheinander oder abwechselnd gebildet werden.

4. Meßeinrichtung nach Punkt 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (6) aus zwei oder aus einer Gruppe von Meßwertgebern in Form von akustisch-elektrische Wandler besteht und am Ausleger (5) angeordnet ist« .

5. Meßeinrichtung nach Punkt 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß auswertbare EnergieStrahlungen in Form von Schallwellen, insbesondere Ultraschall, oder elektromagnetischen Wellen, insbesondere Funkwellen, Verwendung finden.