AT397432B - Gerät zur fernuntersuchung und vermessung - Google Patents

Description

AT 397 432 B

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Fernuntersuchung und Vermessung von vertikalen Kanalschachtbauwerken, bestehend aus einem in den Schacht verfahrbaren, zur Stromversorgung und Datenübertragung mit einem Kabel an einen Auswertewagen gekoppelten, 4-achsigen Roboter, an dem ein aus einer Videokamera, einer für Videoaufnahtnen geeigneten Beleuchtung und einem Laser-Entfemungsmeßgerät bestehendes Aufnahme-5 System befestigt ist, wobei dessen Komponenten auf einer gemeinsamen Halteplatte in geringem Abstand voneinander befestigt sind und die Meßachse des Laser-Entfemungsmeßgeräts und die Aufnahmeachse der Videokamera parallel zueinander ausgerichtet sind.

Einrichtungen für die Femuntersuchung von Kanalrohren, Wasserleitungen etc. sind seit längerem bekannt Sie beschränken sich jedoch alle auf die in etwa waagrechten Verbindungsrohre zwischen den Schächten. Die hier 10 genannte Erfindung bezieht sich nur auf den Schacht, also auf den senkrechten, von außen zugänglichen Teil eines Kanals.

Mit zunehmendem Umweltbewußtsein entsteht immer mehr die Aufgabe, bestehende Kanalsysteme zu sanieren. Zu diesem Zweck muß zuerst eine vollständige Analyse des Istzustandes des zu sanierenden Kanals durchgeführt werden. Zu dieser Analyse gehören unter anderem eine Beurteilung des baulichen Zustandes der 15 Schachtbauwerke und die hydraulische Nachberechnung des Kanalnetzes, wozu die Durchmesser und die Höhenlagen der Kanalrohre erforderlich sind. Geht man davon aus, daß die Schächte untereinander durch gerade Rohrstrecken verbunden sind, beschränkt sich die Vermessungsaufgabe auf die Bestimmung der Schachtkoordinaten und die Messung von Höhenlage sowie Durchmesser einmündender Rohre.

Die momentane Aufnahmetechnik läuft so ab, daß ein zur baulichen und hydraulischen Beurteilung 20 unqualifizierter Mitarbeiter unter unangenehmen und oft gefährlichen Bedingungen (mit Gasmaske und Gummianzug über verrostete Steigeisen) bis zur Schachtsohle hinabsteigt Dort erhält er von außen durch den Ingenieur die Anweisungen, welche Teile des Schachtes abzumessen oder zu fotografieren sind. Die nach diesen Werten erstellten Handskizzen werden später im Büro mit Hilfe der Fotos zu Schachtprotokollen "zusammengestückelt". Diese Protokolle enthalten Richtung, Durchmesser und Höhenlage der einmündenden 25 Leitungen sowie die bauliche Beurteilung des Bestands. Da der Fachmann nie selbst im Schacht war, sind diese Protokolle entsprechend fehlerbehaftet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vor Ort eine bauliche Beurteilung des Schachtzustandes durchzuführen und die Hauptabmessungen von Schacht und Einmündungen so zu bestimmen, daß eine weitere Verwendung der Meßdaten in Computerprogrammen ermöglicht wird. Die koordinative Vermessung des 30 Schachtstandorts ist nicht Aufgabe dieser Erfindung.

Die Aufgabe wird mittels eines Gerätes nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß der Roboter aus einem dreibeinigen Gestell mit Linearführungen, einem sich in diesen Führungen längs einer ersten Achse lotrecht mittels einer motorbetriebenen Seilwinde bewegenden Gestänge und einem an diesem Gestänge mittels eines Schrittmotors um diese erste Achse drehbar gelagerten, mittels eines schrittmotorgetriebenen 35 Spindeltriebs um eine zweite, auf die senkrechte Achse schwenkbaren Knickarm besteht, an dessen Ende die Halteplatte des Aufnahmesystems mittels zweier Schrittmotoren um eine zur ersten Achse parallele Achse und eine auf diese senkrecht stehende Achse drehbar befestigt ist. Vorteilhafte Ausbildungen des Anmeldungsgegenstandes ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 4.

Zur bestmöglichen Beurteilung des Schachtzustands durch den Fachmann wird eine Videokamera 40 verwendet, mit der, durch einen von außen gesteuerten Roboter bewegt, alle relevanten Schachtteile visuell beurteilt werden können. Die Videosignalauswertung und ein Monitor befinden sich in einem Auswertewagen genannten Kleinlastwagen. In diesem befindet sich auch der Arbeitsplatz des beurteilenden Fachmanns, der den Roboter, und damit die Kamera, über Steuerknüppel bewegt und die bauliche Besichtigung mit einem Videorecorder zu Dokumentationszwecken speichert. 45 Bei Arbeitsbeginn wird der Roboter über der Schachtöffnung positioniert und mit Hilfe einer Dosenlibelle in senkrechte Arbeitslage gebracht. Mit einem Kompaß wird eine einheitliche Orientierung der Schachtmaße erreicht. Der relative Nullpunkt der Schachtvermessung ist die Mitte des Schachtdeckels, von welchem die Lagekoordinaten aus der Geländevermessung bekannt sind. Der Roboter besitzt auf der Seilwindenachse einen Winkelgeber, womit die senkrecht verfahrene Höhe indirekt über die Motorumdrehungen des Hubmotors 50 berechnet wird. Alle anderen Achsen sind mit Schrittmotoren ausgerüstet, deren Schrittzahl mit dem Computer überwacht wird. Aus diesen Meßwerten und der Geometrie des Roboters kann jederzeit die Position der Videokamera und des Lasers relativ zum Nullpunkt berechnet werden. Die Meßwerte werden laufend dem im Auswertewagen befindlichen Computer übermittelt.

Zur Bestimmung der Koordinaten eines zu messenden Punktes ist jetzt noch der Abstand dieses Punktes 55 zum Roboter erforderlich. Dieser Abstand wird mit einem Halbleiterlaser nach dem Laufzeitverfahren ermittelt. Der Laser ist fest mit der Videokamera verbunden und bewegt sich mit dieser. Da er keinen sichtbaren Strahl besitzt, wird in dessen Strahlrichtung ein sichtbarer zweiter Laserstrahl eingespiegelt, um auf dem Videobild den Meßpunkt sehen zu können. Zur Messung zum Beispiel eines Rohreinlaufs muß nun der im Auswertewagen sitzende Bediener den Laserstrahl auf mindestens drei Punkte des Rohrumfangs richten, der 60 Computer kann dann aus den gemessenen Winkeln und Entfernungen die Koordinaten des Kreises ermitteln. Da sich der Laser mit der Kamera bewegt, ist die Positionierung des Laserstrahls auf dem Videobildschirm beobachtbar. Das Lasersystem an sich ist nicht Gegenstand der Erfindung. -2-

Claims (4)

1. AT397432B Die Ermittlung der Hauptabmessungen des Schachtes aus den gemessenen Einzelpunkten erfolgt durch ein interaktives Computerprogramm sofort im Auswertewagen, wo auch gleich ein Schachtprotokoll mit den Hauptmaßen ausgedruckt wird. Die Meßwerte liegen nun in computergerechter Form für beliebige weitere Auswertungen vor, ihr Koordinatenursprung ist der Verknüpfungspunkt zu den Lagevermessungsdaten der Schächte. Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näh» erläutert. Fig 1: Seitenansicht des Roboters und des Auswertewagens im Einsatz. Fig 2: Gestänge aus Einzelteilen zu variabler Länge zusammensetzbar. Fig 3: Gestänge in Teleskopbauweise mit begrenzt» maximaler Auszugslänge. Fig 4: Knickarm mit Aufnahmesystem. Fig 1: Der den Schacht (1) beurteilende Fachmann sitzt im Auswertewagen (2) und steuert von dort mit Hilfe des Videobildes den Roboter. Der Robot» besteht aus einem senkrechten Gestänge (3), einem um 90° schwenkbaren und 360° drehbaren Knickarm (4) mit einer wiederum um 360° drehbaren und 180° schwenkbaren Halteplatte (5), auf d» Videokamera und Laser sowie die Beleuchtung montiert werden. Der Roboter wird von einer in d» Neigung verstellbaren, dreibeinigen Positioniervorrichtung (6), auf d» sich die Linearführung» (7) des Gestänges befinden, gehalten. Die senkrechte Bewegung nach oben erfolgt durch eine Seilwinde (8), die Bewegung nach unten ergibt sich aus der Schwerkraft. Die Stromversorgung für alle Antriebe sowie die Datenübertragung d» Meßwerte geschieht mittels Kabel (9). Fig 2: Das Gestänge (3) besteht aus etwa 1,50 m langen, mit einem Schnellverschluß zusammensetzbaren, baugleichen Einzelabschnitten. Jeder Abschnitt besitzt über die volle Länge je drei doppelte Führungsstangen (10). Die Lagerelemente (11) mit den Kugelbüchsen der Linearführungen (7) sind mit d» Positioniervorrichtung (6) verbunden. Die das Gestänge bildenden Aluminiumprofile mit passenden Linearführungen sind auf dem Markt erhältlich und nicht Gegenstand der Erfindung. Fig 3: Variante zur Gestängebauart nach Fig 2. Das Gestänge wird in Teleskopbauweise ausgeführt, die Anzahl der Teleskopteile und somit die ausziehbare Länge sind dadurch beschränkt. Das Teleskop wird aus Stahlschienen (12) mit Kunststoffleichtbauplatten (13) geklebt, zwischen diesen Formrohren laufen Stahlrollen (14). Die Ausziehbewegung erfolgt durch Schwerkraft, eingezogen wird mit Seilwinde. Fig 4: Der Knickarm (4) wird üb» einen Motor (15) um die vertikale Achse (Z) gedreht. Die Schwenkbewegung um 90° erfolgt durch einen Motor mit Kugelumlaufspindel (16). Die Parallelogrammausbildnng stellt sicher, daß die Drehachse (Y) parallel zur Achse (Z) bleibt Der Motor (17) bewegt einen normal dazu liegenden weiteren Motor (18), der seinerseits die Halteplatte (5) des aus Videokamera, Entfemungsmeßlaser und Beleuchtung bestehenden Aufnahmesystems (19) bewegt PATENTANSPRÜCHE 1. Gerät zur Femuntersuchung und Vermessung von vertikalen Kanalschachtbauwerken, bestehend aus einem in den Schacht v»fahrbaren, zur Stromversorgung und Datenübertragung mit einem Kabel an einen Auswertewagen gekoppelten, 4-achsigen Roboter, an dem ein aus einer Videokamera, einer für Videoaufnahmen geeigneten Beleuchtung und einem Laser-Entfernungsmeßgerät bestehendes Aufnahmesystem befestigt ist, wobei dessen Komponenten auf einer gemeinsamen Halteplatte in g»ing»n Abstand voneinand» befestigt sind und die Meßachse des Laser-Entfemungsmeßgeräts und die Aufnahmeachse der Videokamera parallel zueinander ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboter aus einem dreibeinigen Gestell (6) mit Linearführungen (7), einem sich in diesen Führungen längs einer ersten Achse (Z) lotrecht mittels ein» motorbetriebenen Seilwinde (8) bewegenden Gestänge (3) und einem an diesem Gestänge (3) mittels eines Schrittmotors (15) um diese erste Achse (Z) drehbar gelagerten, mittels eines schrittmotorgetriebenen Spindeltriebs (16) um eine zweite, auf die erste senkrechte Achse (W) schwenkbaren Knickarm (4) besteht, an dessen Ende die Halteplatte (5) des Aufnahmesystems (19) mittels zweier Schrittmotoren (17), (18) um eine zur ersten Achse (Z) parallele Achse (Y) und eine auf diese senkrecht stehende Achse (X) drehbar befestigt ist
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Knickarm (4) als Parallelogramm ausgebildet um die Achse (Z) um 360° und um die Achse (W) um 90° drehbar ist und daß die Halteplatte (5) mit dem Aufnahmesystem (19) um die Achse (Y) um 360° und um die Achse (X) um 180° drehbar ist
3. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lotrechte Verschiebung des Gestänges (3) längs der Achse (Z) aus dem Drehwinkel der Seilwinde (8) mittels eines an dieser angebrachten Drehgebers, die Drehwinkel um die Achsen (X), (Y), (Z) aus den Schritten der Schrittmotoren (18), (17), (15) und der Drehwinkel um die Achse (W) aus der Bewegung der Spindel (16) bestimmbar sind. -3- 5 AT 397 432 B
4. 4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge (3) wahlweise zwecks variabler Gesamtlänge aus baugleichen Elementen besteht, die mit Schnellverschlüssen verbunden werden können (Fig. 2) oder in Teleskopbauweise mit gegebener Länge (Fig. 3) ausgeführt sind. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen -4-