CH496854A - Means for determining the actual position of a tunnel boring machine in a fixed coordinate system - Google Patents

Means for determining the actual position of a tunnel boring machine in a fixed coordinate system

Info

Publication number
CH496854A
CH496854A CH830965A CH830965A CH496854A CH 496854 A CH496854 A CH 496854A CH 830965 A CH830965 A CH 830965A CH 830965 A CH830965 A CH 830965A CH 496854 A CH496854 A CH 496854A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
machine
axis
light beam
characterized
receiver
Prior art date
Application number
CH830965A
Other languages
German (de)
Inventor
Gaehwiler Hermann
Original Assignee
Contraves Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Contraves Ag filed Critical Contraves Ag
Priority to CH830965A priority Critical patent/CH496854A/en
Publication of CH496854A publication Critical patent/CH496854A/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/787Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using rotating reticles producing a direction-dependant modulation characteristic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41GWEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/24Beam riding guidance systems
    • F41G7/26Optical guidance systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C7/00Tracing profiles
    • G01C7/06Tracing profiles of cavities, e.g. tunnels

Description


  
 



   Einrichtung zur Ermittlung der Istlage einer Tunnelbohrmaschine in einem raumfesten Koordinatensystem Means for determining the actual position of a tunnel boring machine in a fixed coordinate system
 Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zur Ermittlung der Istlage einer Tunnelbohrmaschine in einem raumfesten Bezugskoordinatensystem, dessen Längsachse annähernd in Richtung der Tunnelachse orientiert ist. The present invention is a device for determining the actual position of a tunnel boring machine in a spatially fixed reference coordinate system, whose longitudinal axis is oriented approximately in the direction of the tunnel axis.



    Bekannte Einrichtungen zur Ermittlung der Istlage von Raketen und zur Lenkung solcher Raketen längs vorbestimmter Flugbahnen sind ungeeignet, um die momentane Istlage einer Tunnelbohrmaschine zu vermessen und gegebenenfalls mit programmierten Sollwerten zu vergleichen, damit aus dem Vergleich der Sollwertkomponenten mit den ermittelten Istwertkomponenten d:e erforderlichen Lage- und Richtkorrekturen für die Tunnelbohrmaschine abgeleitet werden können. Known devices along predetermined for determining the actual position of rockets and for directing such a missile trajectories are inadequate to the current actual position to measure a tunnel boring machine, and to compare optionally substituted with programmed set values, so that d from the comparison of target value components with the determined Istwertkomponenten: e position required - and directional corrections can be derived for the tunnel boring machine.  So sind, infolge der unvermeidlichen Reflexionen in einem Tunnel und längs der Erdoberfläche weder Radar- noch Funksignalbündel brauchbar. Thus, useful as a result of the inevitable reflections in a tunnel and along the surface of the earth, neither radar nor radio bursts.



    Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Bohrmaschine ein Lichtstrahler befestigt ist, welcher ein extrem enges Lichtbündel als apparativ erfühlbare, feststehende Längsachse eines raumfesten Koordinatensystems in Richtung zur Bohrmaschine ausstrahlt und dass an der Bohrmaschine mindestens ein Strahlungsempfänger angeordnet ist, mit dessen Hilfe jederzeit die Lage des Empfängerzentrums relativ zur Lichtbündelachse feststellbar ist. The inventive device is characterized in that behind the machine, a light beam is mounted, which is an extremely narrow beam of light emits a spatially fixed coordinate system in direction of apparatus sensory panel, fixed longitudinal axis of the drill and that on the drilling machine, a radiation receiver is arranged at least by means of which at any time the position of the receiver center can be determined relative to the beam axis.  Als einfachstes, vielfach aber ungenügendes Realisierungsbeispiel könnte als Strahlungsempfänger lediglich eine Strahlungsindikatorscheibe an der Bohrmaschine befestigt sein, die dort, wo sie vom Lichtbündel des Lichtstrahlers, zB eines LASER-Gerätes, getroffen wird, leuchtet. The simplest, but often inadequate implementation example as a radiation receiver only a radiation indicator disc could be secured to the boring machine where they a LASER device, hit by the light beam of the light emitter, for example, lights.

   Beim Vertrieb der Bohrmaschine könnte so jederzeit kontrolliert werden, ob sich der Lichtfleck noch im Zentrum des Empfängers befindet, bzw. in welcher Richtung Ider Lichtfleck auszuwandern beginnt. The distribution of the drill, could at all times be checked whether the light spot is still in the center of the receiver, and begins to migrate in the direction Ider spot.



   Damit kann rechtzeitig eine Korrektur der Tunnelvortriebsrechnung veranlasst werden. Thus can be made in time to correct the tunneling bill.



    Es ist aber praktisch von grossem Vorteil, die Einrichtung so zu gestalten, dass es nicht notwendig ist, However, it is practically very advantageous to design the device such that it is not necessary,
 2 einen festen Teil der Tunnelbohrmaschine stets in der Strahlbündelachse zu halten. to keep 2 a fixed part of the tunnel boring machine is always in the beam axis.



    Es kann z. It can, for.  B. vorgesehen sein, dass mindestens ein an der Bohrmaschine befestigter Strahlungsempfänger in zwei quer zur Lichtbündelachse orientierten, maschinenfesten Koordinatenrichtungen relativ zu einer Bezugslage verstellbar ist, und dass die sich nach Erreichung einer zentrischen Einstellung des Strahlungsempfängers relativ zur Lichtbündelachse ergebenden Koordinaten des Empfängerzentrums in bezug auf die maschinenfeste Bezugslage quantitativ feststellbar sind. B. be provided that at least one fastened to the drilling machine radiation receiver in two oriented transversely to the beam axis, fixed to the machine coordinate directions is adjustable relative to a reference position, and that the resulting, after reaching a central adjustment of the radiation receiver relative to the light beam axis coordinates of the receiver center with respect to the machine-based reference position are quantitatively determined.

   Besonders vorteilhaft ist eine Einrichtung der vorstehend definierten Art, in welcher mindestens ein Strahlungsempfänger so ausgebildet ist und durch derartig von ihm gesteuerten Servoverstellvorrichtungen in den maschinenfesten Koordinatenrichtungen bewegt wird, dass sich eine tselbst- tätige Zentrierung des betreffenden Strahlungsempfängers in bezug auf die Lichtbündelachse ergibt. Especially advantageous is a device of the type defined above in which a radiation receiver is at least configured and is moved by such a way that it controls Servoverstellvorrichtungen in the machine-based coordinate directions, that a tselbst- centering of the respective radiation receiver operating in relation gives to the light beam axis.  Dabei kann weiterhin eine an der Bohrmaschine angeordnete Verkantungskontrollvorrichtung zur quantitativen Ermittlung der jeweiligen Abweichung der einen maschinenfesten Koordinatenrichtung von einer raumfesten Koordinatenrichtung (X) vorgesehen werden. In this case, further means disposed on the drilling machine tilting control device for quantitative determination of the respective deviation of the be provided a machine-coordinate direction from a spatially fixed coordinate direction (X).



    Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Einrichtung ist in der Zeichnung dargestellt. A preferred embodiment of an inventive device is shown in the drawing.



    Fig. 1 der Zeichnung zeigt in Form eines geometrischen Schaubildes ein beispielsweises Realisierungsprinzip der Erfindung. Fig. 1 of the drawing shows in the form of a geometric image show an exemplary realization principle of the invention.



    Fig. 2 zeigt schematisch im Grundriss, der aber ebenso gut als Aufriss betrachtet werden kann, eine beispielsweise Anwendung einer erfindungsgemässen Einrichtung. Fig. 2 shows schematically in plan, but which can equally well be regarded as elevation, an exemplary application of an inventive device.



    Fig. 3 zeigt die Ansicht einer rotierenden Blende, wie sie in einem Strahlungsempfänger verwendet werden kann, der beispielsweise in Fig. 3 shows the view of a rotary shutter, as it can be used in a radiation receiver which, for example, in
 Fig. 4 haibschematisch dargestellt ist, in Verbindung mit dem Lichtbündel, den servomotorischen Verstellantrieben und der elektronischen Auswerteschaltung zur Gewinnung der Steuersignale für die Servomotoren. is shown haibschematisch Fig. 4, in conjunction with the light beam, the servo-motor adjusting drives and the electronic evaluation circuit for obtaining the control signals for the servo motors.  



    Fig. 5 stellt ein Zeit- bzw. Winkeldiagramm für die Referenzsignale und den Photozellenstrom i für verschiedene Relativlagen der Lichtbündelachse zum Zentrum des Strahlungsempfängers dar. Weiterhin zeigen: Fig. 5 illustrates a time or angle diagram for the reference signals and the photo cell current i for different relative positions of the light-beam axis to the center of the radiation receiver is further show.:
 Fig. 6 ein Schaltschema zur Erzeugung der Steuerspannungen für die Servomotoren, dh für den in Fig. 4 mit D bezeichneten Block, Fig. 6 is a circuit diagram for generating the control voltages for the servo motors, that is for the designated in FIG. 4 D block,
 Fig. 7 ein Prinzipschema für die Auswertung und für den Vergleich der senomotorisch ermittelten Ablagekomponenten der gerätefesten Bezugspunkte von der Lichtachse mit vorgegebenen entsprechenden Werten, Fig. 7 is a principle scheme for evaluation and for comparison of the storage components senomotorisch determined the device-fixed reference points of the light axis with predetermined respective values,
 Fig. 8 ein Beispiel eines Armaturenbrettes im Führerstand einer Tunnelbohrmaschine, die mit einer erfindungsgemässen Lageermittlungseinrichtung ausgerüstet ist. Fig. 8 shows an example of an instrument panel in the cab of a tunnel boring machine, which is equipped with an inventive position determining means.



    In Fig. 1 ist ein Balken G sichtbar, der einen festen Bauteil einerTunnelbohrmaschine bilden mag. In Fig. 1, a beam G is visible, which may form a solid component of a tunnel boring machine.  Zwei ausgezeichnete Eckpunkte 01 und 0 dieses Balkens G bilden die Ursprünge je eines gerätefesten Bezugskoordi natensystems -i H1 Z bzw. 82 H2 Z, wobei die beiden Koordinaten systeme zwangsläufig zur Parallelität und zur festen Distanzierung in der gemeinsamen Z-Achse auf einen bekannten Distanzwert lz starr verbunden sind. Two excellent vertices 01 and 0 of this beam G are the origins of each of a device fixed Bezugskoordi natensystems -i H1 Z and 82 H2 Z, wherein the two coordinate systems inevitably lz for parallelism and to the fixed distanced in the common Z-axis at a known distance value rigidly connected.  Es ist vorgesehen, dass die Koordinatensysteme .-lBlZ und -2H2Z entweder dauernd so orientiert werden, dass sie praktisch genau mit den ebenfalls ein- gezeichneten Koordinatensystemen Xt, Y1, Z bzw. It is contemplated that the coordinates systems. LBlZ-and -2H2Z be either permanently oriented so that they are virtually exactly with the likewise single coordinate systems drawn Xt, Y1, Z or

   X2, Y2, Z in Deckung sind, in welchen die Lage der Y-Achsen durch das Lot in den Ursprüngen definiert ist oder dass die Verdrehung g der beiden Systeme stets bekannt ist. X2, Y2, Z in coverage are into which the location of the Y-axis is defined by the solder into the origins or that the rotation is always g of the two systems is known.  Mit A ist die räumlich definierte Zentralachse eines extrem engen Lichtbündels bezeichnet, zu welcher die Z-Achse des Gerätes, also dessen Hauptachse und Hauptbewegungsrichtung, einigermassen, aber nicht ge nau. With A, the spatially defined central axis of an extremely narrow light beam is indicated at which the Z-axis of the device, ie its main axis and the main direction of movement, to some extent, but not be exactly.  gleichgerichtet sei. be rectified.



    Die momentane Lage und Orientierung des Gerätes, dh die Lage der Balkenpunkte 0j, 02 und die Orientierung der Geräteachse 01, 02 kann durch fortwährende Ermittlung der Schnittpunkte S01, SO2 der Ebenen #1 H1 bzw. #2 #2 mit der Achse A des Lichtbündels, bzw. der Koordinatenwertpaare $ 1L und "2 dieser Schnitt- punkte genau definiert werden. Voraussetzung zur technischen Realisierung dieses Prinzipes ist es, dass am Gerät G, dh am Balken, der in Fig. 1 gezeichnet ist, Strahlungsempfänger S1, S2 befestigt und je in zugeordneten gerätefesten Querkoordinatenrichtungen H 1 H1 bzw. The instantaneous position and orientation of the unit, ie the position of the beams points 0j, 02 and the orientation of the device axis 01, 02 can be obtained by continuous detection of the intersection points S01, SO2 of the planes # 1 H1 and # 2 # 2 with the axis A of the light beam are, or the coordinate value pairs $ 1L and "2 this interface points precisely defined. prerequisite for the technical realization of this principle is that the unit G that is the beam, which is drawn in Fig. 1, the radiation receiver S1, fixed S2 and depending in associated equipment fixed transverse coordinate directions H 1 H1 or



      22112 verschiebbar sind und dass es möglich ist, zu erfühlen, ob die Zentren SOi, SO der beiden Strahlungs- empfänger genau in der Lichtbündelachse A liegen. 22112 can be moved and that it is possible to sense whether the centers SOi SO of the radiation are receiver right in the beam axis A.  Unter diesen Umständen definieren die Koordinatenpaare #1 #1 bzw. $2 t12 genau die Positionen der Empfängerzentren SO1, SO gegenüber dem Balken G, dh dem Gerät. Under these circumstances, the coordinate pairs # 1 # 1 or $ 2 t12 accurately define the positions of the beneficiary centers SO1, SO over the bar G, ie the device.   



   Sofern weiterhin noch der Winkel < p jederzeit bekannt ist, um welchen die gerätefesten Koordinatensysteme -lBl bzw. 2-2 H2 gegenüber den räumlich festen, dhz B. auf das Lot bezogenen Koordinatensystemen Xt, Y2 bzw. X2, Y verdreht ist, lassen sich die Lagen der beiden gerätefesten Punkte Oi und 0 in einem räumlich festen Koordinatensystem, gegeben durch die Lichtbün- delachse A als Z-Achse und die horizontalen bzw. vertikalen Richtungen X, Y nach folgenden Beziehungen genau definieren: Provided further still, the angle <p is known at all times, by which the device-fixed coordinate systems -lBl or 2-2 H2 with respect to the spatially fixed, ie, for example, on the solder-related coordinate systems Xt, Y2 and X2, Y is twisted, can be the positions of the two devices fixed points Oi and delachse in a spatially fixed coordinate system given by the Lichtbün- a as the Z axis and the horizontal and vertical directions X, Y according to the following relationships define exactly 0:

    x = # cos # - r sin # y = # sin # + g cos ç Aus den so errechneten Wertepaaren x1, Ei und x2, Y2 lassen sich gemäss nachfolgender Beziehung die Komponenten A, a des Winkels zwischen der Achse Z, dh x = # cos # - r sin # y = # sin # + g cos C from the thus calculated value pairs x1, egg and x2, Y2 according to the following relationship can be the components A, a of the angle between the axis Z, that is,



   der Geraden Oi, O2 und der Lichtbündelachse A in der YZ- bzw. XZ-Ebene errechnen. the straight line Oi, O2 and the light beam axis A in the YZ and XZ plane can be calculated.



       tg # = y2-y1 = k(y2-y1) tg # = y2-y1 = k (y2-y1)
 1z 1z
 1 (k = 1 z) x2-x1 tg &alpha; 1 (k = 1 z) x2-x1 tg & alpha;  = 1z = k(x2-x1) Unter der Voraussetzung, dass die vier Sollwerte X2S, y2S, tg a1, tgAs, welche die Lage des einen Bezugspunktes 2 und die beiden Richtungswinkel a, Ä definieren, bekannt sind, lassen sich jeweils durch Vergleich jedes Istwertes mit dem zugehörigen Sollwert die Lage- bzw. Orlentie- rungsfehler fx, fy, ff, ermitteln, die einer servomotori- schen Korrektur der betreffenden Istwerte oder einer Handkorrektur durch eine Bedienungsperson zugrunde liegen können. = 1 z = k (x2-x1) Assuming that the four target values ​​X2S, Y2s, tg a1, Tgas which the position of defining a reference point 2 and the two directional angles a, A, are known, can be in each case by comparison each actual value with the target value thereof, the position or Orlentie- approximation error fx, fy, et seq, determine that may underlie by an operator of a servomotori-'s correction of the relevant actual values ​​or a single correction.



    Gemäss Fig. 2, die den Grundriss eines zu bohrenden Stollens oder Tunnels zeigt, ist eine Tunnelbohrmaschine G schematisch dargestellt, für deren momentane Lage der Punkt 0 vorn und für dessen Orientierung der Punkt O, bzw. der Richtwinkel a massgebend ist. According to FIG. 2, which shows the outline of a to be drilled tunnel or tunnel, a tunnel boring machine G is shown schematically for its instantaneous location of the point at the front and for the orientation of the point O, and the directivity angle is a decisive 0th  Sofern die Fig. 2 als Aufriss betrachtet würde, wäre anstelle des Horizontwinkeis a der Höhenrichtwinkel A wie in Fig. 1 einzutragen. Provided that would be regarded as the elevation of Fig. 2, 1 would be in place of a Horizontwinkeis the elevation angle A as shown in Fig. Enter.

   Die räumliche Lage des Bezugssystems, auf welches die für jede Lage des Maschinenpunktes 0 längs der Tunnelmittelachse voraus berechenbaren Sollquadrupel X28 Y2sx tgas, tag in bezogen sind, wird an einer Stelle LS am Ende des gebohrten Tunnelabschnittes eine Vorrichtung, zB ein Laser, zur Erzeugung eines extrem engen Lichtbündels, vorzugsweise unter dem Tunnel scheitel fest montiert und so gerichtet, dass der erzeugte Lichtstrahl A über eine längere Tunnelstrecke als Bezugslinie brauchbar ist. The spatial position of the reference system to which the 0 along the tunnel center axis to calculate in advance for each position of the engine point target quadruple X28 Y2sx TGA, day are related in, is at a point LS at the end of the drilled tunnel section a device, such as a laser, for generating a extremely narrow light beam, preferably crest fixedly mounted under the tunnel and directed such that the light beam generated a over a long distance tunnel as reference line is also usable.



   Die Sollwertquadrupel für die Bestimmung der Lage und Orientierung der Bohrmaschine G werden in bezug auf die dadurch gegebene Leitgerade A für jede Distanz von der Lichtbündelquelle LS ermittelt und beispielsweise dem Bohrmaschinenführer in tabellarischer Form übergeben. The target value quadruples for determining the position and orientation of the drill G are determined, and with respect to the thus given directrix A for any distance from the light beam source LS, for example, transferred to the drill guide in tabular form.  Dieser kann, wie später anhand von Fig. 8 erläutert werden wird, an seinem Instrumentarium jederzeit die Lagefehlerkomponenten fx, fy und die Orientierungsfehler f,, f#, ablesen und entsprechende Massnahmen zur Verminderung dieser Fehler treffen. This, as later with reference to Fig. 8 will be explained, each time the position error components fx at its instruments, fy and the orientation error f ,, f # reading, and take appropriate measures to reduce this error.  Es ist leicht ersichtlich, dass auf diese Weise die Bohrmaschine dauernd im Arbeitsbetrieb gehalten werden kann, solange die Lage des Lichtbündels A noch passt und dessen Intensität noch ausreicht. It is readily apparent that the drilling machine can be kept constant in the operating mode in this way, as long as the position of the light beam A still fits and yet of sufficient intensity. 

   Im algemeinen wird das bei Stollenbauten etwa für eine Bohrstrecke von ca. is in the algemeinen at construct shafts around for a drilling distance of approximately



    100 m, also mindestens für mehrere Arbeitstage ausreichen. 100 m, that is sufficient for several working days at least.  Demgegenüber war es mit den bisher verfügbaren Einrichtungen notwendig, spätestens nach sveni- gen Stunden eine langwierige und teure theodolithische Vermessung von Lage und Orientierung der Bohrmaschine vorzunehmen. In contrast, it was necessary with the previously available devices to make a lengthy and expensive theodolithische measurement of position and orientation of the drill later than sveni- gen hours.



    Unter Bezugnahme auf die Fig. 3, 4, 5 und 6 werden die Ausbildung und Wirkungsweise der Strahlungsempfänger, die servomotorischen Verstellantriebe für die Empfänger sowie die zugehörigen Schaltungsmittel besprochen. Referring to Figs. 3, 4, 5 and 6, the structure and operation of the radiation receiver, the servo-motor adjusting drives for the receiver, and the associated circuit means to be discussed.



    Auf der Maschine G (siehe Fig. 2) sind zwei Trägerplatten 1, und 12 in vorbestimmter Orientierung und in vorbestimmter Distanz 1z fest montiert. An on-machine G (see Fig. 2) are two supporting plates 1 and fixedly mounted in a predetermined orientation and in predetermined distance 1z 12th  Jede dieser Platten bildet den Träger eines Strahlungsempfängers und von dessen servomotorischen Verstellantrieben. Each of these plates forms the carrier of a radiation receiver and servo motor of the adjusting drives.  Auf Schlittenführungen 10 dieser Grundplatten sind Zwi schenplatten 22 bzw. 2t in Richtung quer zur Papierebene, dh in der Koordinatenachse H verschiebbar. On slide guides 10 of the base plates are Zvi rule plates 22 and 2t, respectively in the direction transverse to the paper plane, that is the coordinate axis H displaceable.  Zu diesem Zweck sei an der Grundplatte 1 ein Servomotor SM befestigt, dessen Abtriebszahnrad 11 in eine Zahnstange 21 an der Unterseite der Zwischenplatte 2 eingreift. For this purpose, a servo motor SM is attached to the base plate 1, the driven gear 11 engages with a rack 21 on the underside of the intermediate plate. 2

   In Führungen 22 der Zwischenplatte 2 ist ein Empfängergehäuse 3 in der vertikalen Richtung H verschiebbar, zu welchem Zweck an der Zwischenplatte 2 ebenfalls ein Servomotor SM befestigt ist, dessen Ab triebszahnrad 23 in eine Zahnstange 33 am Empfängergehäuse 3 eingreift. In guides 22 of the intermediate plate 2, a receiver housing 3 in the vertical direction H is displaceable, for which purpose on the intermediate plate 2 is also a servo motor SM is attached, whose Ab drive gear engages a rack 33 on the receiver housing 3 23rd



    Im Empfängergehäuse 32 ist eine Bildoptik 30 montiert, deren optische Achse mit a2 bezeichnet ist. In the receiver case 32, an image optical system 30 is mounted, the optical axis is denoted by a2.  In gleicher Weise ist in dem nur teilweise gezeichneten Empfängergehäuse 31 der Grundplatte 11 die optische Achse mit a2 bezeichnet. Similarly, in the only partially drawn receiver housing 31 of the base plate 11 indicates the optical axis a2.  Über der Bildoptik 30 ist, um die optische Achse drehbar, eine Blendenscheibe 31 gelagert, die in Fig. 3 in Ansicht von oben gezeigt ist. a diaphragm plate 31 is located above the imaging optics 30, rotatable about the optical axis, stored, shown in Fig. 3 in top view.  Sie wird von einem im Empfängergehäuse 3 festmontierten Synchronmotor 34 über ein Zahnrad 35 angetrieben. It is driven by a fixed mounted in the receiver housing 3 synchronous motor 34 via a gear 35th  Die Blendenscheibe 31 enthält einen offenen 90"-Sektor 310 und trägt zwei zueinander um 900 verstellte Randumfangsstreifen 31,, 31y, die sich je über 180 Bogengrade erstrecken. The diaphragm disc 31 includes an open 90 "sector 310, and carries two mutually obstructed by 900 circumferential edge strip 31 ,, 31y, each extending over 180 degrees of arc.

   Eine Lampe 36 wirkt mit zwei Photozellen 36x, 36y derart zusammen, dass diese Photozellen bei der Drehung der Blendenscheibe elektrische Refe renzsignale rx bzw. ry erzeugen, deren zeitlicher Verlauf in Abhängigkeit von den in Fig. 3 eingetragenen Winkelstellungen in Fig. 5 elingezeichnet ist. A lamp 36 acts with two photocells 36x, 36y together such that these photocells produce electrical Refe rence signals rx and ry in the rotation of the shutter disk, the temporal course is elingezeichnet in dependence on the registered in Fig. 3 angular positions in Fig. 5.  Über der Blendenscheibe 31 ist, unter 45" geneigt, ein Spiegel 37 eingebaut, der dazu bestimmt ist, das Lichtbündel A in Richtung der optischen Achse a2 des Empfängers umzulenken. Das vorgelagerte Empfängergehäuse 3, ist mit einem halbdurchlässigen Spiegel 37t ausgerüstet, so dass dort nur ein Teil des Lichtes abgelenkt wird. a mirror is above the orifice plate 31, inclined at 45 "built 37, which is intended to receive the light beam A in the optical axis direction a2 of the receiver to deflect. The upstream receiver housing 3 is provided with a semi-transparent mirror 37T fitted so that there only a portion is deflected light.



    Das nach unten gespiegelte Lichtbündel wird von der Sensoroptik 30 auf die Photozelle 38 gesammelt, in welcher ein Photostrom i erzeugt wird. The mirrored downward light beam is collected by the optical sensor 30 to the photocell 38, in which a photocurrent is generated i.  Für vier mögliche Lagen des Bündelzentrums A3, A2, Ar, Ao in bezug auf die Scheibe 31 sind die entsprechenden Zeitdiagramme der Photoströme i3, i2, it, io am Ausgang der Photozelle 38 in Fig. 5 dargestellt. For four possible positions of the beam center A3, A2, Ar, Ao with respect to the disk 31, the respective timing charts of the photoelectric currents i3, i2, it, io at the output of the photocell 38 in FIG. 5.  Man sieht daraus, dass bei zentraler Lage des Lichtbündels A in der Sektorblende 31 der Photostrom i0 unverändert bleibt und bei der dargestellten Verschiebung des Lichtbündels in der Richtung aus dem Blendenzentrum schrittweise in die Form i3 übergeht. It is seen from the fact that remains unchanged at a central location of the light beam A in the sector shutter 31 of the photo-current i0 and in the illustrated shift of the light beam in the direction from the aperture center stepwise in the form i3 passes.

   Eine Verschiebung des Lichtbündels A in der l/-Richtung ergäbe dieselben Stromdiagramme, aber mit 90" Phasenverschiebung. Es ist aus Fig. 5 leicht er sichtlich, dass der zeitliche Mittelwert T des Photostromes i in allen Lagen unverändert bleibt. Gemäss Fig. 4 wird der gebildete Photostrom i in einem Regelverstärker RV in bekannter Weise auf konstanten Pegel verstärkt und anschliessend in einem Diskriminator D, der in Fig. 6 dargestellt ist, zur Bildung der Gleichspan nungssignale j E und d 17 ausgewertet. A displacement of the light beam A in the I / direction would result in the same current plots, but with a 90 "phase shift. It is known from Fig. 5 easily he clear that the temporal mean value T i of the photoelectric current remains unchanged in all positions. FIG. 4 is the photocurrent i formed reinforced in a known manner at a constant level and then evaluated in a discriminator D, which is shown in Fig. 6 to form the DC clamping voltage signals e j and d 17 in a control amplifier RV.

   Dieser Diskrimi- nator D umfasst gemäss Fig. 6 einen Eingangsübertrager Ue, Dioden Di, Transistorpaare Tyt, Ty2 bzw. Btx1, Tx2 sowie gegengekoppelte Endverstärker EV und Widerstände, bzw. Kapazitäten C in einer leichtverständlichen und an sich bekannten Schaltung. This discriminant nator D comprises according to FIG. 6 is an input transformer Ue, diodes Di, transistor pairs Tyt, Ty2 or BTX1, Tx2 and negative feedback amplifier EV and resistors, and capacitors C in an easily understandable and per se known circuit.  Diese Signale werden gemäss Fig. 4 in Verstärkern V bzw. V, verstärkt und als Steuerspannungen U, Ub den genannten Servomotoren SM zugeführt, so dass diese das Empfängergehäuse 3 so bewegen, dass das Zentrum der Blendenscheibe 31 stets auf das Zentrum des Lichtbündels A wandert. These signals are amplified in amplifiers V and V, respectively, amplified according to Fig. 4 and supplied as driving voltages U, Ub said servo motors SM, so that this is the receiver housing 3 to move so that the center of the diaphragm disc 31 always travels with the center of the light beam A ,

   Es ist in Fig. 4 auch gezeigt, wie durch Umstellung vom Umschaltkontakten UK auch eine Handverstellung der Empfängerachse a2 in eine vorgewollte Position erreicht werden kann. It is also shown in Fig. 4, as well as manual adjustment of the receiver axis can be achieved in a pre-wanted position a2 by switching from the changeover UK.  Es sei hier noch bemerkt, dass mit Vorteil ein Lichtbündel A verwendet wird, das mit einer Frequenz von beispielsweise 1000 Hz getastet wird, weil auf diese Weise Streulicht keinen Einfluss ausübt und zur Auswertung Wechselstromschaltungen verwendbar sind. Here, it is noticed that a light beam A is advantageously used, which is sampled at a frequency of 1000 Hz, for example, because scattered light exerts no influence in this way and can be used for evaluation AC circuits.



    In Fig. 7 ist dargestellt, wie die sich servomotorisch einstellenden, jeweiligen Drehstellungen der beiden Servomotorwellen SM in beiden Strahlungsempfängern mittels mechanisch-elektrischen Wandlern Wa in elektrische Wechselstromsignale umgewandelt werden können, die mit Hilfe bekannter Sinus-Kosinus-Rechner KT oder Resolvern, deren gemeinsame Verstellwelle W in Funktion des früher definierten Winkels ç verdreht wird. In Fig. 7 is shown how the self-adjusting servo motor, the respective rotational positions of the servo motor shafts SM can be converted into two radiation receivers by means of mechanical-electrical transducers Wa into electrical alternating current signals that are known with the help sine cosine calculator KT or resolvers whose common adjusting W is rotated ç in function of the previously defined angle.



   Beispielsweise kann ein Pendel P zur Einstellung der Welle W auf den Neigungswinkel q7 verwendet werden. For example, a pendulum P can be used to adjust the wave W on the inclination angle q7.



   So entstehen an den Ausgängen der Resolver KT die Istwertpaare xt, Y1 bzw. xe, y2. Thus, the resolver KT arise at the outputs xt the Istwertpaare, Y1 and xe, y2.



    Ein induktives Pick-off Q bekannter Bau- und Wirkungsweise, dessen Rotor von der Welle W verdreht wird, kann zur Fernanzeige des momentanen Wertes des Neigungswinkels ç der Bohrmaschine gegen die Horizontale X verwendet werden. An inductive pick-off Q of known construction and mode of operation, the rotor is rotated by the shaft W, can be used for remote display of the instantaneous value of the inclination angle ç of the drill relative to the horizontal X are used.  Von Einstellwellen Ws aus können jederzeit die momentan gültigen Sollwert quadrupel X2s, y,,, tga8, tgA8 tgA, eingestellt werden, die in Wandlern Wa in entsprechende Wechselstromsignale umgewandelt werden. Of adjustment shafts Ws from any time currently valid setpoint X2's quadruple can, y ,,, tga8, tgA8 TGA are set, which are converted to Wa converters into corresponding AC signals.  Unter Verwendung von Differentialübertragern DU und Demodulatoren DEM lassen sich in der Schaltung nach Fig. 7 die momentanen Einstell- bzw. Orientierungsfehler = K1-XZ,; Using Differentialübertragern DU and demodulators DEM can be in the circuit of FIG. 7, the current setting or orientation error = K1-XZ ,;  fy = f = k(x2-x1) - tga; fy = f k = (x2-x1) - tga;  fi = k(y-y1) - tg als fernanzeigbare Gleichstromsignale ermitteln. fi = k (y-y1) - tg as fernanzeigbare DC signals determined.

 

    Endlich zeigt noch Fig. 8 ein Beispiel eines Instrumentenbrettes im Uberwachungsraum der Bohrmaschine. Lastly, Figure 8 shows an example. Of an instrument panel in Uberwachungsraum the drill. 

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH PATENT cLAIM
    Einrichtung zur Ermittlung der Istlage einer Tunnelbohrmaschine in einem raumfesten Bezugskoordinatensystem, dessen Längsachse annähernd in Richtung der Tunnelachse orientiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Bohrmaschine (G) ein Lichtstrahler (LS) befestigt ist, welcher ein extrem enges Lichtbündel als apparativ erfühlbare, feststehende Längsachse (A) eines raumfesten Koordinatensystems (A, X, Y) in Richtung zur Bohrmaschine ausstrahlt, und dass an der Bohrmaschine mindestens ein Strahlungsempfänger (S) angeordnet ist, mit dessen Hilfe jederzeit die Lage Ides Empfängerzentrums (SO) relativ zur Lichtbündelachse (A) feststellbar ist. Means for determining the actual position of a tunnel boring machine in a spatially fixed reference coordinate system, whose longitudinal axis is oriented approximately in the direction of the tunnel axis, characterized in that there is mounted behind the drilling machine (G) is a light emitter (LS), fixed which an extremely narrow beam of light as in apparatus sensory panel, longitudinal axis (a) of a spatially fixed coordinate system (a, X, Y) radiates in the direction of the drill, and that on the drilling machine, a radiation receiver (S) is arranged at least by means of which at any time the situation Ides receiver center (SO) relative to the light beam axis (a be determined).
    UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtstrahler (LS) ein LASER Gerät dient. Subclaims 1. Apparatus according to claim, characterized in that a laser device is used as a light emitter (LS).
    2. Einrichtung nach Patentanspruch oder nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein an der Bohrmaschine befestigter Strahlungsempfänger (S) in zwei quer zur Lichtbündelachse (A) orientierten, maschinenfesten Koordinatenrichtungen ( , H) relativ zu einer Bezugslage (0) verstellbar ist und dass die sich nach Erreichung einer zentrischen Einstellung des Strahlungsempfängers relativ zur Lichtbündelachse (A) ergebenden Koordinaten ( ) des Empfängerzentrums (SO) in bezug auf die maschinenfeste Bezugslage (0) quantitativ feststellbar sind. 2. Apparatus according to claim or according to sub-claim 1, characterized in that at least one fastened to the drilling machine radiation receiver (S) into two oriented transversely to the beam axis (A), fixed to the machine coordinate directions (H) to a reference position (0) is adjustable relative and that the coordinate () resulting after reaching a central adjustment of the radiation receiver relative to the light beam axis (a) of the receiver center (SO) with respect to the machine-fixed reference position (0) are quantitatively determined.
    3. Einrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strahlungsempfänger (S) so ausgebildet ist und durch derartig von ihm gesteuerte Servoverstellvorrichtungen (SM) in den maschinenfesten Koordinatenrichtungen (-, H) bewegt wird, dass sich eine selbsttätige Zentrierung des betreffenden Strahlungsempfängers in bezug auf die Lichtbündelachse (A) ergibt. 3. A device according to dependent claim 2, characterized in that at least one radiation receiver (S) is designed and carried in such a way it controls Servoverstellvorrichtungen (SM) in the machine-based coordinate directions (-, H) is moved, that an automatic centering of the respective radiation receiver results with respect to the light beam axis (A).
    4. Einrichtung nach Unteranspruch 2, gekennzeichnet durch eine an der Bohrmaschine angeordnete Verkantungskontrollvorrichtung (P, Q) zur quantitativen Ermittlung der jeweiligen Abweichung (f) der einen maschinenfesten Koordinatenrichtung (2-) von einer raumfesten Koordinatenrichtung (X). 4. A device according to dependent claim 2, characterized by means disposed on the drilling machine tilting control device (P, Q) for the quantitative determination of the respective deviation (f) of a machine-coordinate direction (2) from a spatially fixed coordinate direction (X).
    5. Einrichtung nach Unteransprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Bohrmaschine (G) in Längsrichtung (Z) hintereinander und im Abstand (1z) zwei Strahlungsempfänger (S,, S2) angeordnet sind, die je in zwei zueinander paarweise parallelen maschinenfesten Koordinatenrichtungen (=1 H; 22 H2) servomotorisch zur Selbstzentrierung in die Lichtbündelachse (A) verstellbar sind, dass der jeweilige Verkantungswinkel (ç) zwischen den maschinenfesten Koordinatenrichtungen (Wt2Ht2) und entsprechenden Querkoordinatenrichtungen (X1,2; 5. A device according to subclaims 3 and 4, characterized in that on the drilling machine (G) in the longitudinal direction (Z) one after the other and at a distance (1z) two radiation receivers (S ,, S2) are arranged, which each in pairs, in two mutually parallel machine- coordinate directions (= 1 H; 22 H 2) are adjustable by servo motor for self-centering in the light beam axis (A), that the respective tilt angle (C) between the machine-based coordinate directions (Wt2Ht2) and corresponding transverse coordinate directions (X1,2;
    ; ; Kl. 2) des raumfesten Koordinatensystems (A, X, Y) mit Hilfe der Verkantungskontrollvorrichtung (P, Q) fortwährend ermittelt wird, und dass die jederzeit mit Hilfe von Messvorrichtungen (WA) ermittelten Ko ordinatenwerte (S, 2; Wg 2) der Zentren (S0i, 2) der beiden Strahlungsempfänger (S1, S2) relativ zu ihren maschinenfesten Ausgangslagen (O,, 02) über Koordinaten TRANSFORMATOREN (KT) in Abhängigkeit vom Verkantungswinkel (ç) in Istlagewerte (xt, y; x2, Y2) transformiert werden, welche die momentane Istlage der Bohrmaschine in bezug auf das raumfeste Koordinatensystem (X, Y, A) definieren (Fig. 7). . Kl) the spatially-fixed coordinate system (A, X, Y) 2 is determined with the aid of the tilting control device (P, Q) continually, and that at any time by means of measurement devices (WA) determined Ko intercept values ​​(S, 2; Wg 2) centers (s 0i, 2) of the two radiation detectors (S1, S2) to their fixed to the machine output plies (O ,, 02) via coordinates TRANSFORMERS (KT) in dependence on the tilting angle (C) in Istlagewerte (xt, y, x2, Y2) relatively transformed be that the current actual position of the drill with respect to the spatially fixed coordinate system (X, Y, A) defining (Fig. 7).
    6. Einrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Strahlungsempfänger eine motorisch zur Rotation um die optische Achse (a2) eines Abbildungssystems (30) angetriebene Blende (31) mit einem offenen Sektor (310) sowie in der Bildebene des Abbildungssystems eine Photozelle (38) umfasst, aus deren in Abhängigkeit von der Relativlage der optischen Systemachse (a2) zur Lichtbündelachse (A) moduliertem Photostrom (i) unter Benützung von nur von der Blendenrotation abhängigen Referenzsignalen (rx, ry) in einer Fehlerdetektorschaltung (D) zwei Fehlerspannungen Ut, U) zur Steuerung der Servoverstellvorrichtungen (SM) gewonnen werden, die zur Selbstzentrierung des betreffenden Strahlungsempfängers in die Lichtbündelachse (A) dienen (Fig. 3, 4). 6. A device according to dependent claim 3, characterized in that each receiver a motorized for rotation about the optical axis (a2) of an imaging system (30) driven diaphragm (31) having an open sector (310) and in the image plane of the imaging system, a photocell ( 38), from which in dependence on the relative position of the optical system axis (a2) to the light beam axis (a) modulated photocurrent (i) use of depending only on the aperture rotation reference signals (rx,) ry in an error detector circuit (D) two error voltages Ut , U) obtained for controlling the Servoverstellvorrichtungen (SM), which for self-centering of the respective radiation receiver in the light beam axis (A) are used (Fig. 3, 4).
    7. Einrichtung nach Unteransprüchen 5 und 6, gekennzeichnet durch Mittel zur Eingabe von Sollagen (Xs, Ys) und Sollorientierungen (tg as, tg Äs) der Bohrmaschine in programmierter Abhängigkeit von der momentanen Distanz zum Lichtstrahler (LS) und durch Mittel (DEM) zur Anzeige bestehender Lage- und Orientierungsfehler (fix, fy, f, f;) der Bohrmaschine (Fig. 7, 8). 7. Device according to subclaims 5 and 6, characterized by means for inputting desired positions (Xs, Ys) and reference orientations (tg as, tg AES) of the drilling machine in a programmed function of the instantaneous distance from the light emitter (LS) and means (DEM) for displaying existing position and orientation error (fix, fy, f, f) of the drill (7, 8,.).
CH830965A 1965-06-15 1965-06-15 Means for determining the actual position of a tunnel boring machine in a fixed coordinate system CH496854A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH830965A CH496854A (en) 1965-06-15 1965-06-15 Means for determining the actual position of a tunnel boring machine in a fixed coordinate system

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH830965A CH496854A (en) 1965-06-15 1965-06-15 Means for determining the actual position of a tunnel boring machine in a fixed coordinate system
DE1473931A DE1473931C3 (en) 1965-06-15 1965-10-12
GB25713/66A GB1152709A (en) 1965-06-15 1966-06-09 Improvements in and relating to Ascertaining the Actual Orientation of a Tunnel Boring Machine in a Three-Dimensional Co-Ordinate System
SE8128/66A SE317093B (en) 1965-06-15 1966-06-14
FR65569A FR1533913A (en) 1965-06-15 1966-06-15 Installation continuously determining the actual position of a mobile device in a coordinate system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH496854A true CH496854A (en) 1970-09-30

Family

ID=4338331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH830965A CH496854A (en) 1965-06-15 1965-06-15 Means for determining the actual position of a tunnel boring machine in a fixed coordinate system

Country Status (5)

Country Link
CH (1) CH496854A (en)
DE (1) DE1473931C3 (en)
FR (1) FR1533913A (en)
GB (1) GB1152709A (en)
SE (1) SE317093B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013103655A1 (en) * 2013-04-11 2014-10-16 Aker Wirth Gmbh Method for determining the orientation and position of the base head of a tunnel boring machine carrying the working head

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2077703B1 (en) * 1970-02-06 1973-07-13 Thomson Csf
DE2533214C3 (en) * 1975-07-25 1980-10-09 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen
AT360465B (en) * 1979-03-14 1981-01-12 Voest Alpine Ag Device for controlling the position of a track driving machine
DE3404495A1 (en) * 1984-02-09 1985-08-14 Gewerk Eisenhuette Westfalia Polygon train measuring method and measuring device
DE3404496A1 (en) * 1984-02-09 1985-08-14 Gewerk Eisenhuette Westfalia Method and device for monitoring and / or controlling a driving machine, in particular a partial cutting machine
DE3422813C2 (en) * 1984-06-20 1988-10-20 Kernforschungsanlage Juelich Gmbh, 5170 Juelich, De

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013103655A1 (en) * 2013-04-11 2014-10-16 Aker Wirth Gmbh Method for determining the orientation and position of the base head of a tunnel boring machine carrying the working head

Also Published As

Publication number Publication date
FR1533913A (en) 1968-07-26
DE1473931C3 (en) 1975-03-20
DE1473931A1 (en) 1969-12-04
SE317093B (en) 1969-11-10
GB1152709A (en) 1969-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Duvall Large-scale solar velocity fields
US4179612A (en) Radiation tracking control
US2679620A (en) Line follower
US3965327A (en) Method of cutting material to shape from a moving web by burning
US4160894A (en) Method and apparatus for the focal form cutting of a moving web of material by a laser beam
US2870671A (en) Autocollimator for measuring angle of incident light beam
US2444560A (en) Cathode-ray tube spectrograph
US3090534A (en) Web guide control
US3622740A (en) Apparatus for treating workpieces by laser energy
US4143311A (en) Hysteresis synchronous motor rate servo system
GB1142774A (en) Error correcting system for use with plotters, machine tools and the like
US4314134A (en) Beam position control for electron beam welder
US2924768A (en) Machine tool control with compensation for non-linear guide ways
GB1437283A (en) Radiographic apparatus
US5146173A (en) Position determining device
US3481672A (en) F.m. laser contour mapper
CN1189132C (en) CT machine
US4538061A (en) Railway work machine
CH369907A (en) Device for display and recording, preferably for computing scales
CH417978A (en) Measuring apparatus for determining the size and direction of the sense of the movement of a first object relative to a second object
US3529084A (en) Line follower
US3135857A (en) Method and apparatus for electronically guided welding
US2576529A (en) Web registration device
US3364358A (en) Measuring apparatus for measuring a linear dimension of a body
US2483644A (en) Electronic angle indication with particular reference to radar systems

Legal Events

Date Code Title Description
PL Patent ceased