DE1658721A1 - Verfahren zur Erfassung der Versetzung einer laengs einer Trasse zu fuehrenden Baumaschine mit Hilfe von Laserstrahlen und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Erfassung der Versetzung einer laengs einer Trasse zu fuehrenden Baumaschine mit Hilfe von Laserstrahlen und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

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DE1658721A1
DE1658721A1 DE19671658721 DE1658721A DE1658721A1 DE 1658721 A1 DE1658721 A1 DE 1658721A1 DE 19671658721 DE19671658721 DE 19671658721 DE 1658721 A DE1658721 A DE 1658721A DE 1658721 A1 DE1658721 A1 DE 1658721A1
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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Description

  • Verfahren zur Erfassung der Versetzung einer längs einer @@asse zu fUhrenden Baumaschine mit Hilfe von Laserstrahlen und Einrichtung zur Durchführung des Verfahren Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Erfassung der Versetzung einer längs einer Trasse zu fuhrenden Baumaschine mit Hilfe eines Laserstra der nach Maßgabe der zu erstellenden Trasse derart geschwenkt wird, da8 mit Hilfe einer auf der Baumaschine aufgebrachten Proj@ktionsfläche der jeweilige Standort der Baumaschine quer zur Trasse nach Höhe und Seite bestimmbar ist.
  • Derartige Verfahren zur Erfassung der Versetzung von Brumasehinen, z. B. eines mechanischen Schildes oder einer ähnlichen im Tunnelbau verwendeten Abbaueinrichtung, sind bekannt ; vgl.
  • MINING ENGINEERING, Juli 19o5 Seiten 147 bis 151. Bei einem derartigen bekannten Verfahren wird in einer gewissen Entfernung hinter einer als Schild ausgebildeten Tunnelbauvorrichtung ein Laser aufgestellt und so justierte da3 sein Strahl mit dervorgesehenen Achse der Trasse zusammenfällt, bzw. in einem bestimmten Abstand parallel hierzu verläuft. Auf dem Schild ist mindestens eine Projektionsfläche mit einer Teilung oder aber mit in geeigneter Weise angeordneten Fotozellen vorgesehen, auf der der Laserstrahl einen Lichtpunkt abbildet. Dieser Lichtpunkt wandert je nach Lage des Schildes zu der vorgesehenen Achse der Trasse nach Seite und Höhe aus einer auf der Projektionsfläche dargestellten Sollage aus, auf der der Lichtpunkt des Laserstrahls dann erscheint, wenn sich der Schild genau in der vorgesehenen Achse der Trasse befindet.
  • Dieses bekannte Verfahren-ist verhaltnismäßig einfach zu reali- : sieren, ist aber für den Bau gekrümmter Trassen oder Tunnelstrecken kaum brauchbar, da dann eine kontinuierliche Schwenkung des zusammen mit einem Theodoliten drehbar auf einem zugehörigen Unterbau montierten Lasers erforderlich ist. Eine automatische oder halbautomatische Kontrolle des jeweils richtigen Standorts des Schildes zu dem vorgegebenen Niveau der Trasse oder der Achse eines Tunnels ist auf diese Weise kaum oder aber nur mit erheblichem Aufwand möglich.
  • Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe es ist, durch ein neuves Verfahren zur Erfassung der Versetzung einer längs einer Trasse zu führenden Baumaschine die Steuerung solcher Maschinen zu vereinfachen, also die bekannten Verfahren zu verbessern, um die Versetzung von Baumaschinen gegenüber der Solllage auch auf gekrümmten Trassen aufgrund von halb-oder vollautomatisch durchführbaren Messungen genau festzustellen, wobei auch bei longs gekrümmten Trassen zu fijhrenden Baumaschinen au#er der Ablage auch eine evtl. vorhandene Ablagetendenz der Baumaschine zur Trassenachse selbsttätig zu ermitteln ist, so da# bei der Steuerung der Baumaschine die maximal möglichen verte der Ablagen von der Achse der Trasse moglichst gering zu sind. Schließlich liegt der Erfindung die Aufgabe zug@@nde, eine Einrichtung zur DvarchfUhrung des Verfahrens zl schaffen, die mit möglichst einfachen Mitteln auch eine vollautomatische Erfassung und Anzeige der jeweiligen Ablagewerte der Baumaschine von der Trasse ermöglicht, so da# mit Hilfe bekannter Regeleinrichtungen auch eine vollautomatische Steuerung der Baumaschine selbst nach Ma#gabe dies @ Ablagesignas möglich ist.
  • Ausgehend von einem Verfahren zur Erfassung der Versetzung einer longs einer Trasse zu fArenden Baumaschine mit Hilfe einen Laserstrahls, der nach Maßgabe der zu erstellenden Trasse derart geschwenkt wird, da# mit Hilfe einer auf der Baumaschine. aufgebrachten Projektionsfläche der Jeweilige Standort der Baumachine quer zur Trasse nach Hohe und Seite bestimmbar ist, ist diese Aufgabe gemä# der Erfindung dadurch geldst, daß das Schwenken des Laserstrahls nach einem entsprechend der gewünschten Trasse erstellten Programm und dem jeweils arroichten Standort der Baumaschine gleichzeitig sowohl am Sendeort als auch am der Projektionsfläche vorgesetzten Empfangsort optisch vorgenommen wird und daB mit dem am Empfangsort eintreffenden Laserstrahl auBer der Ablage auch die jeweilige Richtungsablage der Baumaschine von einer durch die gewünschte Trasse vorgegebenen Sollage und sollrichtung mit Hilfe einer den Winkel zwischen dem am Empfangsort in Richtung der Trasse geschwenkten Laserstrahl und der Vortriebsrichtung der Baumaschine bestimmenden Einrichtung ermittelt wird.
  • Durch die optische Schwenkung des Laserstrahls sowohl am Sondeort, d. h. also am Emissionsort des Laserstrahls, als auch am Empfangsort, also an oder unmittelbar vor der auf der Baumaschine fest angebrachten Projektionsfläche, ist es möglich, eine Winkelbestimmung zwischen der Achse der Baumaschine und der Achse der zu arstallenden Trasse oder des zu erstellenden Tunnels mit Hilfe eines Laserstrahls unabhängig von der Krümmung der jeweils zu erstellenden Trasse durchzuführen. Der Laserstrahl wird am Sendeort mittels der optischen Ablenkung aus einer tangential zur Trassenachso liegenden Richtung abgelenkt, so da# er auf einer Sehne zum KrUmmungskreis der Trasse die Trassenachse am jeweiligen Standort der Baumaschine schneidet.
  • An diesem Schnittpunkt befindet sich die auf der Baumaschine angebrachte Empfangseinrichtung, die den aus Richtung der Sehne kommenden Laserstrahl optisch in Richtung der Trassenachse zurückschwenkt. Da die Abmessungen der gewünschten Trasse vorgegeben sind, der Sendeort, also der Aufstellungsort des den Laserstrahl emittierenden Senders, ebenfalls bekannt ist und der jeweilige Standort der Baumaschine längs der zu erstellenden Trasse in ausreichend kleinen Abständen ebenfalls bestimmbar ist, sind die optischen Ablenkwinkel des Laserstrahls am Sende-und auch an Empfangsort autgrund der zu erstellenden Trasse ermittelbar.
  • Sind die so ermittelten Ablenkwinkel für jeden einzelnen zu unterscheidenden Standort der Baumaschine längs der Trasse vorgegeben, So befindet die zu steuernde Baumaschine sich immer dann in der richtigen Position, wenn sie jeweils so gesteurert wird, 4*8 aut der Projektionsfläche angezeigte eventuelle Versetzungen Null werden. Mit Hilfe der zweimaligen optischen Schwenkung des Laserstrahls, der also auch bei gekrümmter Trassenführung am Standort der Baumaschine wieder mit der vorgesehenen Trasaanachse zusammenfällt, ist es ferner möglich, außer der jeweiligen momentanen Ablage der Baumaschine von der vorgesehenen Trassenachse, die bereits allein durch den Auftreffort des Laserstrahls auf einer mit der Baumaschine verbundenen Projek. tionsfläche feststellbar ist, auch die Riohtungsablage der Baumaschine von der vorgesehenen Achse der Trasse durch Ermittlung des Winkels zwischen dem am Empfangsort in Richtung der Trasse zurückgeschwenkten Laserstrahl und der optischen Achse der Empfangseinrichtung, die mindestens parallel zur Vortriebsachse der Baumaschine angeordnet ist, festzustellen. Mit Hilfe dieser so zu ermittelnden Richtungsablage kann auch bereits dann eine eventuelle Tendenz zum Auswandern der Baumaschine aus der vorgesehenen TrassenfUhrung festgestellt werden, wenn sich die Empfangseinrichtung und damit die Arbeitsfläche der Baumaschine noch genau in der au erstellenden Trasse befindet, also die Anzeige der momentanen Ablage noch gleich Null ist.
  • De bei vielen Baumaschinen, insbesondere bei den im Tunnelbau in xunehmendea Ma#e verwendeten aohildvortriebsaaechinen, eine Verdrehung während des Betriebs um die Längsachse nicht zu vermeiden ist und die auf einer derartigen Baumaschine aufzubringende Empfangseinrichtung für den Lasserstrahl meist nicht mit der Längsachse der Baumaschine zusammenfallend angeordnet werden kann, wurden sich ohne besondere MaBnahmen derartige Verdrehungen der Baumaschine auf die Genauigkei @@@ Ablageerfassung bemerkbar machen.
  • Gemma einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, da# zum Ausgleich von bei Baumaschinen wShrend des Betriebs auftretenden Verdrehungen um die Langsachse bei der Schwenkung des Laserstrahls an beiden Orten Korrekturgrö#en berüchsichtigt werden.
  • Gemä# einer bevorzugten AusfUhrung des Verfahrens wird das Schwenken des Laserstrahls von mit Stellgliedern verbundenen optischen Einrichtungen unter dem Einflu# einer zentralen Steuereinrichtung durchgeführt, der das Programm nach Maßgabe des jeweils erreichten Standorts der Baumaschine von Hand oder über einen Aufzeichnungsträger eingegeben wird.
  • Gemä# dieser bevorzugten Ausführung des Verfahrens kann der Laserstrahl in einfacher Weise sowohl am Sende-als auch am Empfangsort mittels Fernsteuerung um einen ganz bestimmten Winkel geschwenkt werden, der vom jeweils erreichten Standort der Baumaschine längs der Trasse abhängig ist. Im einfachsten Falle wird die Grume dieses jeweils vom Standort abhängigen Winkels in die zentrale Steuereinrichtung s. B. als aus den BauplKnen der Trasse entnehmbare Ziffern Uber ein Tastenteld eingegeben, oder aber es wird der jeweilige Winkel durch einen von der Steuereinrichtung dsrekt abgelesenen AufzeichnungstrEger eingegeben, der ein mmn MaDgabe der gewünschten Trasse erstelltes Programm enthElt GemEB einer Weiterbildung der Erfindung wird der das Programm enthaltende AufzeichnungstrEger von der zentralen Steuereinrichtung nach Maßgabe des jeweils erreichten Standortes der Baumaschine und in Abhängigkeit der jeweils selbsttätig ermittelten Verdrehung der Baumaschine um ihre Längsachse abgetastet, wodurch die ebenfalls gespeicherten Korrekturgrö#en automatisch berücksichtigt werden.
  • Mit Hilfe dieser Weiterbildung werden auch die KorrekturgrUBen, die aufgrund einer Verdrehung der Baumaschine um ihre Longsachse bei der Schwenkung des Laserstrahls berücksichtigt werden musse, unmittelbar von dem Aufzeichnungsträger abgelesen. Auf diesem Aufzeichnungstrager ist dabei eine beliebig fein zu unterteilende Anzahl von Korrekturgrö#en eingespeichert, von denen jeweils eine nach Maßgabe der von der Steuereinrichtung selbsttStlg gemessenen Verdrehung der Baumaschine ausgewählt und bei der Schwenkung des Laserstrahle berücksichtigt wird. Der jeweilige Standort der Baumaschine IRngs der zu eratellenden Trasse kann also sowohl durch manuelles Eintasten in der zentralen Steuereinrichtung als auch durch eine selbsttätige Erfassung des jeweiligen Standorts der Baumaschine linga der Trasse durch die Steuereinrichtung berücksichtigt werden.
  • GemSS einer anderen AusfUhrung des Verfahrens gemu der Erfindung werden die durch das Bild des Laserstrahls angegebene Ablage und/oder die Riohtungsablage der Baumaschine von der Trasse mit Hilfe lichtempRindlicher Elemente in elektrische Ablagesignale umgewandelt, wobei diese zur Fernanzeige der Ablage und Rtchtungsablage und/oder der direkten Steuerung der Baumaschine verwendet werden.
  • Mit Hilfe einer derartigen aus anderen Gebieten der Technik fUr sich bekannten Umwandlung optischer Ablagesignale in elek. trische Ablagesignale ist eine Fernanzeige an einem beliebigen Ort der jeweils festgestellten Ablagen oder aber auch eine direkte Steuerung der Baumaschine unter Zwischenschaltung für sich ebenfalls bekannter Regeleinrichtungen möglich.
  • GemKß einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemEß der Erfindung angegeben, die einen an einem festen Punkt bekannter Ortskoordinaten in einer bestimmten Richtung auagerlchteten Laser, eine mit der Baumaschine fest verbundene Empfangseinrichtung, dis Erfassungswinriehtungen zur Bestimmung der Ablage des Bildes des Laser- Strahls von mindestens einer Sollage enthält, dem Laser und der Empfangseinrichtung individuell zugeordnete optische Ablenkeinrichtungen für den Laserstrahl und eine zentrale Steuereinrichtung aufweist, die über den Ablenkeinrichtungen zugeordnete Stellglieder die jeweilige Stellung der Ablenkeinrichtungen nach Maßgabe von der Steuereinrichtung zugeführten Information bestimmt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform dieser Einrichtung sind die optischen Einrichtungen Glask@ile und die Stellglieder digital ansteuerbare Schrittmotore, die Uber geeignete Getriebe die Glaskeile jeder Ablenkeinrichtung gegeneinander und/oder gemeinsam verdrehen, so daß ein nach Grö#e und Richtung durch ein digitales Signal bestimmter räumlicher Ablenkwinkel fUr den Laserstrahl nowohl am Sende-als auch am Empfangsort einstellbar ist.
  • Gemä# einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind die digitalen Signale auf einem von der zentralen Steuereinriohtung abgetasteten Aufzeichnungsträger gespeichert.
  • Gemä# einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Empfangseinrichtung optische Mittel auf, die den mit Hilft der Glas in Richtung der Trasse geschwenkten Laserstrahl derart auf zwei getrennten Anzeigeflächen abbilden, da# auf der ersten Flache die Ablage der Baumaschine und auf der zweiten FlNehe die durch den eingeschlossenen Winkel zwischen dem in Richtung der Trasse geschwenkten Laserstrahl @@@ @@@ optischen Achse der Empfangsanlage gegebene Richtungsablage der Baumaschine angezeigt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform bilden dabei die optischen Mittel einen Strahlteiler, dessen einer Strahl zur Anzeige der Ablage und dessen anderer Strahl zur Anzeige der Richtungsablage verwendet ist.
  • GemEß weiterer AusfUhrungsformen der Erfindung weisen die beiden AnzeigeflEchen @oordinatenteilungen zur Bestimmung der Ablagen der Laserbilder von Sollagen oder aber mindestens eine der beiden Anzeigeflächen lichtempfindlich@ Elemente zur Erzeugung der Ablagen entsprechender elektrischer Ablagesignale auf.
  • Das gemä# der Erfindung ausgebildete Verfahren und die Einrichtung zur Erfassung der Versetzung einer longs einer Trasse zu führenden Baumaschine mit Hilfe eines Laserstrahls ist grundsätzlich bei allen möglichen unter und auch über Tage zu erstellenden Trassen oder auch bei Gleisstopfmaschinen zur Einhaltung vorbestimmter Niveaulagen anzuwenden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch in Verbindung mit im unterirdischen Schildvortrieb zu erstellenden Trassen, vle Nie z. B. gerade in neucrar Zeit beim Bau von Tunnelrohren unter bebauten Gebieten zum Strasaenausbau und für Massenverkehrsmittel erforderlich sind.
  • Alles Nähere der Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellter AusfUhrungsbeispiele erläutert.
  • Im einzelnen zeigens Figur 1 Eine grundsätzliche Anordnung einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung beim Bau einer gekrUmmten unterirdischen Tunnelröhre, Figur 2 der prinzipielle Aufbau des Senders, Figur 3 der prinzipielle Aufbau des Empfängers, Figur 4 ein Ausführungsbeispiel der zur Anzeige der Ablagesignale erforderlichen Projektionsfläche, Figuren 5 ein anderes AusfUhrungsbeispiel des Empfängers, lnsbesondere zur Umwandlung der optischen Ablagesignale in elektrische Ablagesignale.
  • Die in Figur 1 dargestellte als Tunaelrdhre auszubauende Trasse 1 enthElt an einem Sendeort A einen Sender 2 und an einem Empfangsort B einen Empfänger 3. Der Empfangsort B ist dabei durch den jeweiligen Standort einer Schildvortriebsmaschine 4 longs der Trasse 1 gegeben. Am Sendeort A ist der Sender 2 derart z. B. an dem hier nicht dargestellten First der TunnelrShre 1 fest angeordnet, daB der von ihr emittierte Laserstrahl 21 im Sendeort A die Tangente zur gekrümmten Trasenachse 11 bildet. Damit der Laserstrahl 21 den Empfänger 3 trotz der Krümmung der Trassenachse 11 erreichen kann, wird dieser mittels einer optischen Ablenkeinrichtung 5 um einen Winkel fl abgelenkt, der jeweils so groß ist, da# der abgelenkte Laserstrahl 21' den Empfänger 3 genau am jeweiligen Standort B der Schildvortriebsmaschine 4 trifft. Dem Empanger 3 ist ebenfalls eine Ablenkeinrichtung 6 vorgeschaltet, die den als Sehne zur gekrümmten Trassenachse 11 am Empfänger ankommenden Laserstrahl 21'um einen Winkel ? 2 derart ablenkt da# ein im Empfangsort B die Tangente an die gekrümmte Trassenachat 11 bildender Laserstrahl 21'' entsteht.
  • Die beiden Winkel # 1 und # 2 lassen sich aus dem bekannten Standort A des Se@ ers 2, den vorgegebenen Abmessungen der su eratollenden Trasse und dem in AbstSnden mit ausreichender aenauigkeit tu ermittelnden jeweiligen Standort B der Schildvortriebsmaschine 4 longs der Trasse 1 errechnen. Sie werden jeweils für einen grdßeren Arbeitsabschnitt, bei dem der Sendeort A unverändert bleibt, in Abhängigkeit des jeweils erreichten Standortes B der Schildvortriebsmaschine 4 als Einstellwerte den Ablenkeinrichtungen 5 und 6 zugeführt. Die Ablenkeinriohtungen 5 und 6 werden dabei von einer gemeinsamen zentralen Steuereinrichtung 7 ferngesteuerte die eine Speichereinrichtung 71 zur Abtastung eines AufzeichnungstrSgers oder ein Tastenfeld 72 zur z. B. numerischen Eingabe von Einatellwerten fUr die Ablenkeinrichtungen aufweist. Ein von der Speichereinrichtung 71 abgetasteter Aufzeichnungsträger enthElt alle fUr den entsprechenden Ausbauabschnitt nötigen Einstelwerte, die die Winkel # 1 und # 2 bestimmen und die entsprechend des jeweils von der Schildvortriebsmaschine 4 erreichten Standorts abgetastet werden. Sollten dagegen über das Tastenfeld 72 die Einste @@@te für die Ablenkeinrichtungen von Hand eingegeben werden,so können diese z. B. als Zahlenwerte aus einem far den betreffenden Bauabschnitt der Trasse vorliegenden Bauplan entnommen werden. Dlese Zahlenwerte sind aufgrund einfacher trigonometrischer Berechnungen im Voraus zu ermitteln. « Da bei derartigen Schildvortriebsmaschinen 4 während des Betriebs Verdrehungen um die Längsachse auttreten, die sich als Anzeigefehler immer dann bemerkbar machen, wenn die optische Aohse des Empfängers 3 nicht mit der Längsachse der Schildvortriebsmaschine 4 zusammenfälltwasauskonstruj.Tes.finden fast immer der Fall sein wird. Zur Eliminierung dieser Einfluasse ist auf der Schildvortriebsmaschine 4 eine Einrichtung 3 vorgesehen, die z. B. mit Hilfe eines Lots die jeweilige Verdrehung des Schildes um die. Längsachse ermittelt. Die von dieser Einrichtung 8 ermittelten Werte gelangen ebenfalls an die zentrale Steuereinrichtung 7, wo sie als zusätzliche Parameter für die Abtastung des Aufzeichnungsträgera verwendet werden. So können z. B. auf dem Aufzeichnungstrager eine beliebige Anzahl entsprechend fein unterteilter Korrekturgrö#en vorhanden sein, deren jeder einem bestimmten Verdrehungswert des Schildes zugeordnet ist. Daher wird bei Eintreffen eines bestimmten Verdrehungswertes von der Einrichtung 8 her eine bestimmte Korrekturgrö#e auf dem Aufzeichnungsträger ausgewählt und diese zusätzlich zu den Einstellwerten an die Ablenkeinrichtungen 5 und 6 g@@@@en, so daß die Winkel # 1 und # 2 entsprechend der gerade auftreter @@ Verdrehung korrigiert werden, In Figur 2 ist der Sender 2 näher dargestellt, der vorzugsweise aus einem Gaslaser 22, einer eine Strahlverbreiterung des Laserstrahls herbeiführenden Optik 23 und der Ablenkeinrichtung 5 besteht. Die Ablenkeinrichtung 5 weist zwei gegeneinander drehbare Glaskeile 51 und 52 auf, deren jeder Mer Getriebe 53 und 54 mit jeweils einem Stellmotor 55 und 56 verbunden ist. Mit Hilfe der Stellmotoren 55 und 56, dia vorzugsweise digital von der in Figur 1 gezeigten zentralen Steuereinrichtung 7 ansteuerbar sind, sind die Glaskeile 51 und 52 sowohl gegeneinander als auch gleichsinnig miteinander zu verdrehen, wodurch eine Ablenkung des Laserstrahls 21 um einen nach GrUße und Richtung beliebigen Raumwinkel möglich ist.
  • In Figur 3 ist eine erste Ausführungsform des Empfängers 3 näher dargestellt, die den gemEß Figur I abgelenkten Laserstrahl 21'' über eine Objektivlinse 30, ein Strahlteilungsprisma 31, eine Sammellinse 32 und ein zusätzliches Abbildungssystem 33 derart ablenkt, daB alle parallel zur optischen Achse des Empfängers 3 einfallenden Laserstrahlen 21'' in Verlängerung der optischen Achse auf einer Projektionsfläche 34 abgebildet werden, jedoch alle in einem endlichen Winkel zur optischen Achse einfallenden Laserstrahlen 21'' auf der Projektions. flache 34 um einen entsprechenden Winkel aus der Richtung der optischen Achse verschoben abgebildet werden. Ein aus dem Strahlteilungsppisma 31 abgelenkter Strahl gelangt Uber eine weitere Linse 35 und ein Prisma 36 als ein zur optischen Achse des Empfängers 3 parallel verschobener weiterer Strahl ebenfalls auf die Projektionsfläche 34, auf der das Bild des Laserstrahls von einem dem Zentrum der optischen Achse entsprechenden Nullpunkt um eine Ablage nach Betrag und Richtung auswandert, wenn auch der von der Ablenkeinrichtung 6 in Richtung der Trasse zurückgeschwenkte Laserstrahl 21'' nicht in der optischen Achse sondern um einen gewissen Betrag verschoben auf die Objektivlinse 30 trifft. Dieses. die jeweilige Ablage des Empfängers 3 und damit auch der Schildvortriebsmaschine 4 von der Trassenachse 11 angebende Bild des Laserstrahlz kana grundaKtzllah auch unmittelbar hinter der Ablenkeinrichtung 6, also z. B. in der Ebene der Objektivlinse 30 erzeugt werden, wo dann ebenfalls die jeweilige Ablage durch Auswanderung des Laserbildes von einer Sollage direkt ablesbar ist. Die Abbildung auf einer gemeinsamen Projektionsflache 34 zusammen mit der jeweiligen Richtungsablage föhrt jedoch zu einem übersichtlicheren Erkennen des jeweiligen Standortes der Sohildvortriebsmachine und damit einer einfacheren Steuerung der Machine.
  • Unmittelbar vor dem Empfänger 3 befindet sich die Ablenkeinrichtung 6, die wie die Ablenkeinrichtung 5 des Senders 2 ebenfalls aus zwei Glaskeilen 61 und 62 und Jeweils die Glaskeile getrennt antreibenden Stellmotoren 65 und 66 besteht, die tuber Getriebe 63 und 64 die ihnen zugeordneten Glaskeile 61 und 62 entweder gegeneinander oder aber gleichsinnig miteinander entsprechend der Einstallwerte verdrehen.
  • In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel der in Figur 3 angedeuteten Projektionsfläche 34 näher dargestellt, die ein erstes Koordinatennetz 341 zur Bestimmung der Ablage der Baumaschine dwreh Ermittlung der jeweiligen Auswanderung nach Betrag und Richtung des Laserbildes aus einer Nullage aufweist. Ein zweltes Koordinatennetz 342 gibt dagegen die Richtungsablage der Baumaschine an, wobei ein im Umfang kleineres Abbild des Laserstrahls ebenfalls nach Betrag und Richtung aus einer Nulllage dieses Koordinatennetzes entsprechend auswandert.
  • In Figur 5 ist eine etwas andere Ausführungsform des Empfängers 3 dargestellt, die wiederum aus der Objektivlinse 30, einer Sammellinse 32 und einem Abbildungssystem 33 besteht, um einen rich. tungsmä#ig gegenüber der optischen Achse verachobonen Laserstrahl 21'' ebenfalls entsprechend aus dem Nullpunkt der Projektionsfläche 34 auszulenken. Die optischen Einrichtungen zur Braittlung der Richtungsablage sind also auch bei diesem Ausführungsbeispiel die gleichen wie bei dem in Figur 3 geaigten Ausfüh@@@ngsbeispiel. Unmittelbar vor dem Empfänger 3 ist zusätzlich eine Abtasteinrichtung 9 vorgesehen, die eine horizontale Fotozellenleiste 91 aufweist, die pariodisch vor der Einlaßöffnung der Empfangseinrichtung 3 auf und ab bewegt wird. Wie in Figur 6 nkher dargestellt, waist diese Fotozellenleiste 91 eine Reihe einzelner Fotozellen auf, mit deren Hilfe die Auslenkung des as Empfänger 3 ankommenden Laserstrahls von der optischen Achse in horizontaler Richtung bestimmbar ist. Dit vertikale Auslenkung des eintreffenden Laserstrahls von der optischen Achs ist dagegen durch die jeweilige Stellung der Fotozellenleiste 91 bestimmbar, wenn sich diese senkrecht über die Einfallsebene des Laserstrahls vor dem Empfänger 3 bewegt. Die Fotozellonleiste 91 kann z. B., wie hier schematisch angedeutet, Uber Rollen 92 und 93 und auf ihnen geführten endlosen Bändern 94 und 95 mit einem hier nicht dargestellten Motor angetrieben werden, wobei jedoch die jeweilige zeilenweise Stellung der Fotozellenleiste 91 feststellbar sein muß. Eine derartige Ausführungsform hat den Orteil, da# die Ablage einer Baumaschine von der vorgesehenen Achse einer Trasse unmittelbar als elektriches Ablagesignal gewonnen wird, der in den Empfänger einfallende Laserstrahl jedoch immer nur kurzzeitig zur Messung dieser Ablage unterbrochen wird, so da# or bei einer entsprechend schnellen Bewegung der Fotozellenleiste 91 als stehandes Bild auf der PrcjektionsflSche 34 zur Ermittlung der Richtungsablage erscheint. Auch auf der ProJektlonsRlEche 34 können einzelne Fotozellen 343 in geeigneter Weise, also zeilen-und spaltenweise angeordnet sein, mit denen die Richtungs@@age dann ebenfalls direkt als elektrisches Ablagesignal ermittelt werden kann.
  • Der Empfänger 3 muS auf der Schildvortriebsmaschine 4 derart eingebaut sein, da# die optische Achse des Empf#ngers 3 mindestens parallel zur Vortriebsachse des Schildes 4 liegt. Das Zontrum der Empfangsfläche also der Schnittpunkt der optischen Achse des Empfängers mit der Objetivlinse 30, mu# denjenigen Punkt bilden, auf dem der Laserstrahl einfällt wenn die Vortriebsaohae des Schildes genau mit der vorgesehenen Achse 11 der Trasse 1 zusammenfällt, bzw. einen Schnittpunkt bildet.
  • Fallen die beiden Achsen zusammen, so ist sowohl die Ablage als auch die Richtungsablage des Schildes 4 gleich Null, bilden dagegen die beiden Achsen einen Schnittpunkt, so ist zwar die Ablage des Schildes 4 gleich Null, die Richtungsablage des Schildes 4 jedoch ungleich Nulle also eine Tendenz des Schildes vorhanden, bei einem weiteren Vortrieb die vorgesehene Achse der Trasse zu verlassene also eine endliche Ablage des Schildes zu erzeugen. Die optischen Abbildungssysteme des Empfängers 3 sind derart ausgelegt, da# eine seiten- und höhenriehtige Abbildung des Laserstrahls auf den projektionsflächen 34 erzeugt wird, so da# z. B. bei einer Verschiebung des Schildes gegenüber der Trasse nach rechts und nach unten auch das punktförmige Laserbild auf der Projektionsflaohe 34 nach rechts und nach unten aus der Nullage versohoben lot, Uber den zweiten optischen Weg, der über die Prismen 31 und 36 aus dem ursprünglichen Strahlengang abgeteilt ist, wird der Auftreffort des Laserstrahls auf der Objektivlinso 30 unabhängig von der Jewelllgen Stellung der Glaskeile 61 und 62 auf der Projektionsfläche 34 seiten- und höhenverkehrt angezeigt, so da8 ein Beobachter der Projektionsfläche 34 eine riohtig Darstellung der Lage des Schildes immer dann erhält, wenn or sich vorstellt, da# das punktförmige Bild des Laserstrahls den Schild und der Nullpunkt des dieser Abbildung zugeordneten Xoordinatenzystems die vorgesehene Achse der Trasse bedeutet, Vor Beginn des Ausbaues eines Streckenabschnitts wird der Sender 2 an einem bekannten Ort, zum Beispiel am Tunnelfirst, in einer vorgeschriebenen Richtung so ausgerichtet, da# sein nieht abgelenkter Strahl in Richtung der zu erstellenden Trasse zeigt. Da die elnzelnen Standorte der Schildvortriebsmaschine 4 in genügend kleinen Abstanden längs der Trasse ausreichend genau zu bestimmen sind, können für diese einzelnen Standorte der Schildvortriebsmaschine bestimmte Ab lenkwinkel # 1 und f2 fUr den Laserstrahl am Sender und auch am Empfänger je nach Krümung der zu oratellenden Trasse ausgerechnet werden, die dann in der bereits beschriebenen Weise der zentralen Steuereinrichtung entweder einzeln von Hand oder aber fUr mindestens einen Streckenabschnitt gemeinsam als festes auf einem Aufzeichnungsträger gespeichertes Programm eingegeben werden können. Da mit den Ablenkeinrichtungen 5 und 6 beliebige Raumwinkel nach arobe und Richtung genau in sustellen sind, ist eine KrUmmung der Trasse sowohl in vertikaler als auch in horlzontabor Richtung zulässig und mit Hilfe des angegebenen Verfahrens bei ihrer Herstellung zu Uberwachen.
  • Werden zusätzlich zu der mittels eines Aufzeichnungsträgerz programmierten zentralen Steuereinrichtung dit Ablagen der Baumaschine direkt als elektrische Ablagesignale angegeben, so kann mit diosen unter Vermittlung für sich bekannter Regleinrichtungen eine vollautomatische Steuerung der Baumaschine vorgenommen werden. Das Bedienungspersonal hat in diesem Fall nur noch eine Uborwachung der vollautomatischen Anlage auf richtigen Betrieb während eines vollen Bauabschnittes vorzunehmen, für den jeweils ein gemeinsamer ortsfester Sendeort A bestimmt ist.
  • Patentansprüche:

Claims (12)

  1. Patentansprüche Is Verfahren zur Erfassung der Versetzung einer longs einer Trasse zu führenden Baumaschine mit Hilfe eines Laserstrahls, der nach Maßgabe der zu erstellenden Trasse derart geschwenkt wird, daB mit Hilfe einer auf der Baumaschine aufgebrachten Projektionsflache der jeweilige Standort der Baumaschine quer zur Trasse nach H6he und Seite bestimmbar ist, dadurch g e k e n n z e 1 o h n e t , daß das Schwenken des Laserstrahls (21) nach einem entsprechend der gewünschten Trasse (1) eratellten Programm und dem jeweils erreichten Standort (B) der Baumaschine (4) gleichzeitig sowohl am Sendeort (A) als auch am der Projektionsfläche (34) vorgesetzten Empfangsort (B) optisch vorgenommen wird und daB mit dem am Empfangsort (B) ein-, treffenden Laserstrahl (21) außer der Ablage auch die jeweilige Richtungsablage der Baumaschine (4) von einer durch die gewünschte Trasse (1) vorgegebenen Sollage und Sollrichtung mit Hilfe einer den Winkel (γ) zwischen dem am Empfangsort (B) in Richtung (11) der Trasse (1) geschwenkten Laserstrahl (21'') und der Vortriebsrichtung der Baumaschine bestimmenden Einrichtung (3) ermittelt wird.
  2. 2. Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch g e k e. n nz e i a h n e t, daß zum Ausgleich von bei Baumaschinen (4) während des Betriebs auftretenden Verdrehungen um die Längsachse bei der Schwenkung des Laserstrahls (21) an beiden Orten (A,B) Korrekturgraben berücksichtigt werden.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen l und 2, dadurch g ek * n n z e i a h n e t, daß das Schwenken des Laserstrahls (21) von mit Stellgliedern (55, 56;65,66) verbundenen optischen Einrichtungen (51,52;61,62) unter dem Einfluß einer zentralen Steuereinrichtung (7) durchgeführt wird, der das Programm nach Maßgabe des Jeweils erreichten Standorts (B) der Baumaschine(4) von Hand oder über einen Aufzeiohnungsträger eingegeben wird.
  4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bia 3, dadurch g ek e n n s e i a h n e t, da# der das Programm enthaltende Aufzeichnungsträger von der zentralen Steuereinrichtung (7) nach Maßgabe des jeweils erretohten Standortes (B) der Baumaschine (4) und in Abhängigkeit der jeweils selbsttätig ermittelten Verdrehung der Baumaschine (4) um ihre Längsachse abgetastet wird, wodurch die ebenfalls gespeicherten Korrekturgrö#en automatisch berückzichtigt werden.
  5. 5. Verfahren nach den AnsprUchen 1 bis 4, dadurch g ek e n n z e i a h n e t , da# die durch das Bild des Laserstrahls (21) angegebene Ablage und/oder die Richtungsablage der Baumaschine (4) von der Trasse (1) mit Hilfe lichtempfindlicher Elemente (91, 343) in elektrische Ablagesignale umgewandelt werden, wobei diese sur Fernanzeige der Ablage und Richtungsablage und/oder der direkten Steuerung der Baumaschine (4) verwendet werden.
  6. 6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, g e k e n n z e i c h n e t durch einen an einem festen Punkt (A) bekannter Ortskoordinaten in einer bestimmten Richtung ausgerichteten Laser (2), eine mit der Baumaschine (4) fest verbundene Empfangseinrichtung (3), die Erfassungseinrichtungen (9,34) zur Bestimmung der Ablage des Bildes des Laserstrahls (21) von mindestens einer Sollage enthält, dem Laser (2) und der Empfangseinrichtung (3) individuell zugeordnete optische Ablenkeinrichtungen (5,6) für den Laserstrahl (21) ; eine zentrale Steuereinrichtung t7), die über den Ablenkeinriohtungen (5,6) zugeordnete Stellglieder (55, 56;65,66) die jeweilige Stellung der Ablenkeinrichtungen (5,6) nach Ma#gabe von der Steuereinrichtung (7) zugeführten Informationen bestimmt.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch g t k e n nz o i c h n e t, da# die optischen Einrichtungen Glaskeile (51,52 ; 61, 62) und die Stellglieder (55,56; 65, 66) digital ansteuerbare Schrittmotoren (55, 56; 65, 66) sind, die Uber geeignete Getriebe (53, 54 63, 64) die Glaskeile (51,52; 61,62) jeder Ablenkeinrichtung (5,6) gegeneinander und/oder gemeinsam verdrehen, so da# ein nach Grdßo und Richtung durch ein digitales Signal bestimmter räumlicher Ablenkwinkel (#1, #2) für den Laserstrahl (21) einstellbar ist.
  8. 8. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch g ek a n n z e i a h n e t , da# Träger der digitale Signale zon von der zentralen Steuereinrichtung (7,) abgetasteter Aufzeichnungsträger ist.
  9. 9. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch g e -k e n n z e i a h n e t, daß die Empfangseinrichtung (3) optische Mittel (31,32,33,36) aufweist, die den mit Hilfe der Glaskeile (61,62) in die Richtung der Trasse (1) geschwenkten Laserstrahl (21'') derart auf zwei i gotrenaten Anzeigeflachou (34) abbilden, daß auf der eraten Niche (341) die Ablage der Baumaschine (4) und auf der zweiten Flache (342) die durch den eingeschlossenen Winkel (f) zwischen dem In Richtung der Trasse (1) geschwenkten Laserstrahl (21'') und der optischen Achse der Empfangsanlage (3) gegebene Riohtungsablage der Baumaschine (4) darstellbar ist.
  10. 10. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch g e k e n n z s 1 o h n e t, daB die optischen Mittel (31, 32,33,36) einen Strahlteiler (31, 36) bilden, dessen einer Strahl zur Anzeige der Ablage und dessen anderer Strahl zur Anzeige der Richtungsablage verwendet ist.
  11. 11. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch g e k e n n z e i o h n e t . da# die beiden Anzeigeflache (341, 342) Koordinatenteilungen zur Bestimmung der Ablagen der Laserbilder von Sollagen aufweisen.
  12. 12. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch g e k e n n z e i o h n e t, da# mindestens eine der beiden Anzeigeflachen (9,34) lichtempfindliche @emente (91,343) zur Erzeugung der Ablagen entsprechender elektrischer Ablagesignale aufweisen.
DE19671658721 1967-12-16 1967-12-16 Verfahren zur Kursüberwachung einer längs einer Trasse zu fuhrenden Bau maschine mit Hilfe eines Laserstrahles und Einrichtung zur Durchfuhrung des Ver fahrens Expired DE1658721C3 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1984003121A1 (en) * 1983-02-14 1984-08-16 Zed Instr Ltd Position measuring method and apparatus

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WO1984003121A1 (en) * 1983-02-14 1984-08-16 Zed Instr Ltd Position measuring method and apparatus

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