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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.
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Derartige Verfahren zur Erfassung der Versetzung von Brumasehinen,
z. B. eines mechanischen Schildes oder einer ähnlichen im Tunnelbau verwendeten
Abbaueinrichtung, sind bekannt ; vgl.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemä# einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind die digitalen
Signale auf einem von der zentralen Steuereinriohtung abgetasteten Aufzeichnungsträger
gespeichert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Alles Nähere der Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellter
AusfUhrungsbeispiele erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Patentansprüche: