DE19824503C1 - Verfahren und Vermessungseinrichtung für eine Pilotrohr-Vortriebseinrichtung zur vergleichenden zielgerichteten Messung der Vortriebsrichtung - Google Patents

Abstract

Für ein Vermessungssystem für einen gesteuerten Rohrvertrieb wird mit der Erfindung vorgeschlagen im Pilotrohr eine passive Zieltafel (9) zu verwenden, die durch das Pilotrohr (3, 4) hindurch von einer Lichtquelle (10) am Ort der Vortriebspresse (5) beleuchtet wird. Das reflektierte Licht wird zur laufenden Ermittlung der Vortriebsrichtung gegen eine vorgegebene Vortriebsachse optisch, beispielsweise mittels Theodoliten (6) und Videokamera (8) oder mittels einer mikrocomputergesteuerten CCD-Kamera mit elektronisch einblendbarem Fadenkranz verglichen. Gegenüber bekannten Vermessungssystemen mit aktiver LED-Zieltafel ergibt sich mit der Erfindung eine deutliche Kosteneinsparung bei Verbesserung der Betriebssicherheit, ohne Einschränkung für eine Benutzungsdauer während eines Vortriebs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vergleichenden zielgerichteten Messung der Vortriebsrichtung des Kopfs einer Pilotrohr-Vortriebseinrichtung; sie betrifft außerdem eine Vermessungseinrichtung für einen gesteuerten Rohrvortrieb mittels eines durch eine Vortriebspresse in Richtung auf ein vorgegebenes Ziel bei gleichzeitiger Verdrängung des Umgebungsmaterials vorzutreibenden Pilotrohrs.

Um den Stand der Technik und den Ausgangspunkt für die Erfindung zu verdeutlichen sei zunächst anhand der Fig. 2 das Prinzip eines Vermessungs­ systems für einen Rohrvortrieb zum grabenlosen Verlegen von Rohrleitungen beispielsweise in der Hausanschlußtechnik beschrieben.

Zwischen einem Startschacht 1, beispielsweise einem Abwassersammelschacht und einem Zielschacht 2, beispielsweise im Bereich eines Hausanschlusses, ist eine Rohrverbindung zu verlegen, insbesondere mit einem Innendurchmesser von etwa 100 bis etwa 800 mm. Der Sammelschacht 1 hat typischerweise einen Durchmesser von 2 m. In ihn wird eine hydraulische Presse mit Hohlgetriebe, im folgenden Vortriebspresse 5, hinabgelassen und verankert. Mit dieser Vortriebspresse 5 wird der Kopf 4 eines Pilotrohrs in Richtung Zielschacht 2 vorgetrieben. Dies geschieht über Verdrängungsvortrieb (vgl. beispielshalber DE 37 09 932 C2). Eine Steuerungsmöglichkeit, um an einer bestimmten Durch­ stoßstelle des Zielschachts 2 anzukommen, besteht darin, daß

• - einerseits das erste Rohrsegment am Kopf 4 angeschrägt ist, so daß der nachfolgende Rohrstrang 3 entsprechend seitlich ablenkbar ist und
• - andererseits der gesamte miteinander verzahnte Rohrstrang 3 von der Vortriebspresse 5 aus mittels des Hohlgetriebes verdreht werden kann.

Durch ständiges geeignetes Verdrehen während des Vortriebs erreicht man einen gesteuerten Geradeausvortrieb.

Der Vortrieb wird optisch kontrolliert, indem mittels eines Theodoliten 6 von der Vortriebspresse 5 aus durch das Pilotrohr 3, 4 hindurch auf eine mit lichtemittierenden Dioden bestückte LED-Zieltafel 7 gezielt wird. Letztere befin­ det sich im ersten Rohrsegment, also in dem mit abgeschrägter Frontfläche ver­ sehenen Vortriebskopf 4.

Wegen sehr beengter Platzverhältnisse im Startschacht 1 ist an den Theodoliten 6 eine Videokamera 8 anmontiert. Das Videobild wird von einem Bediener an der Oberfläche über einen Schwarz-Weiß-Monitor betrachtet. Ein Geradeaus-Vor­ trieb wird erreicht, indem man das LED-Muster, beispielsweise ausgebildet als ein Fadenkreuz an der Zieltafel 7, mit einem entsprechenden Fadenkreuz des Theodoliten 6 in Übereinstimmung bringt.

Der Pilotvortrieb wird (fast) immer mit dem gleichen Durchmesser durchgeführt. Nachdem der Pilotvortrieb am Zielschacht 2 angelangt ist, wird über einen anschließenden Schneckenvortrieb auf einen gewünschten Produktrohrdurch­ messer aufgeweitet. Zuletzt wird das Produktrohr, also beispielsweise das Abwasserrohr eingezogen. Der Pilotvortrieb dient demnach nur dem korrekten Verlegen nach einer vorgegebenen Sollbahn. Der anschließende Schnecken- und der Produktrohrvortrieb werden durch den Pilotvortrieb geführt.

Bei dem soweit beschriebenen Rohrvortrieb- und Vermessungssystem ergeben sich in der Praxis immer wieder Probleme aufgrund der Verwendung einer aktiven LED-Zieltafel. Diese LED-Zieltafel 7 wird über einen Akkumulator versorgt, für den natürlich räumliche und gewichtsmäßige Begrenzungen vor­ gegeben sind, so daß ohne Austausch nur eine begrenzte Bohrdauer von typischerweise 120 Minuten möglich ist. Während des Einsatzes muß der Bediener den Ladezustand des Akkumulators also stets beachten und es müssen Ersatzakkumulatoren bereitgehalten werden, wobei zusätzlich zu beachten ist, daß die nachladbare Energiedichte im Laufe der Zeit abnimmt, oder anders aus­ gedrückt: Akkumulatoren haben nur eine begrenzte Lebensdauer. Probleme ergeben sich auch daraus, daß im Vortriebskopf 4 mindestens als optionaler Zusatz ein pneumatischer Hammer verwendbar sein soll mit erheblichen Vibrationsproblemen für den Akkumulator und die eingebaute Speiseelektronik für die LED-Zieltafel 7. Betriebsunterbrechungen sind auch dadurch einzu­ kalkulieren, daß die LEDs nach einer gewissen Zeit ausfallen; dies gilt insbeson­ dere für die an sich aus naheliegenden Gründen erwünschten ultrahellen LEDs.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrich­ tung zur vergleichenden zielgerichteten Messung der Vortriebsrichtung eines Pilotrohrvortriebs zu schaffen, bei dem sich die aufgezeigten aufgrund der Verwendung einer aktiven LED-Zieltafel zu beobachtenden Schwierigkeiten und Betriebsunterbrechungen vermeiden lassen.

Die Erfindung ist bei einem Verfahren zur vergleichenden zielgerichteten Messung der Vortriebsrichtung des Vortriebskopfs einer Pilotrohr-Vortriebsein­ richtung dadurch gekennzeichnet, daß die von einer feststehenden Lichtquelle am Ort der Vortriebseinrichtung ausgehende Strahlung durch das Pilotrohr hin­ durchgehend am Vortriebskopf passiv reflektiert und die reflektierte Lichtinfor­ mation gegen Vorgabewerte für die Vortriebsrichtung vergleichend ausgewertet wird.

Eine Vermessungseinrichtung gemäß der eingangs genannten Gattung ist gekennzeichnet durch die Merkmale eines im Vortriebskopf des Pilotrohrs angeordneten Reflektors, der durch den Rohrstrang des Pilotrohrs mit Licht beaufschlagbar ist und durch eine im Bereich der Vortriebspresse angeordnete Meßeinrichtung, welche die vom Reflektor aus zurückgeworfene Information gegen eine vorgegebene Vortriebsachse vergleicht zur laufenden Ermittlung der Vortriebsrichtung des Vortriebskopfs.

Vorzugsweise ist der Reflektor eine passive reflektierende Zieltafel mit Markie­ rungen, die eine Erkennung sowohl des Mittelpunkts als auch der momentanen Drehwinkelstellung des Vortriebskopfs in der Meßeinrichtung ermöglichen. Sofern wie beim Stand der Technik die Meßeinrichtung ein Theodolit mit angesetzter Videokamera ist, lassen sich deren Bildsignale auf einem Monitor unmittelbar durch einen Beobachter optisch bewerten.

Als Beleuchtungseinrichtung für den Reflektor kommt eine das Objektiv des Theodoliten ringförmig umgebende Lichtquelle in Frage. Möglich ist es auch, das Licht zur Beleuchtung des Reflektors über einen halbdurchlässigen Spiegel oder andere geeignete bekannte Elemente, beispielsweise einen Strahlteiler in den Strahlengang des vom Reflektor reflektierten Lichts einzukoppeln.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Systemanordnung eines gesteuerten Rohrvortriebs, für dessen Vermessungseinrichtung eine passive Zieltafel im Pilotrohr vorgesehen ist, und

Fig. 2 das bereits erläuterte Rohrvortriebs- und Vermessungssystem mit aktiver LED-Zieltafel gemäß dem Stand der Technik.

Die anhand der Fig. 2 bereits erläuterten Einrichtungskomponenten werden, soweit sie für die und in Verbindung mit der Erfindung in gleicher oder ähn­ licher Weise Anwendung finden, nicht näher erläutert.

Gemäß der Erfindung ist anstelle einer aktiven Zieltafel mit LEDs gemäß der Erfindung lediglich ein im Pilotrohr, insbesondere in dessen vorderem Teil, also im Vortriebskopf 4, angebrachter geeigneter Reflektor 9 vorgesehen, der beispielsweise aus einer retroreflektierenden Folie hergestellt sein kann. Letztere hat die Eigenschaft das auftreffende Licht mit hohem Wirkungsgrad in die Ursprungsrichtung zurückzuwerfen. Wie die Zeichnung erkennen läßt, ist der hier vorgesehene Reflektor 9 derart gestaltet, daß sowohl der Mittelpunkt als auch die Drehlage gut erkannt werden können.

Als Lichtquelle ist im dargestellten Beispiel ein entweder nahe oder direkt am oder um das Objektiv des Theodoliten 6 ringförmig angebrachter Lichtkranz 10 vorgesehen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Strahlung der Lichtquelle in den Strahlengang des reflektierten Lichts mittels eines halbdurchlässigen Spiegels oder anderer geeigneter optischer Bauelemente, z. B. Strahlteilerpris­ men, zu gewährleisten.

Bei einer erprobten Ausführung der Erfindung wurde als Lichtquelle eine Platine verwendet, auf welcher ringförmig spezielle 5 mm LEDs angebracht waren. Solche von verschiedenen Herstellern angebotenen LEDs auf der Basis von AlInGaP sind in der Regel für große LED-Displays gedacht; sie zeichnen sich bei bestimmten Ausführungsformen durch einen schmalen Öffnungswinkel von ca. 8° aus und bringen eine Leuchtstärke von bis zu 6500 mcd. Solche LCDs lassen sich gepulst betreiben; ihr Preis ist relativ niedrig und die entstehende Verlust­ wärme ist gering.

Als Lichtquelle kommt auch ein Laser in Frage, beispielsweise bei ebenfalls ringförmiger Anordnung eine Mehrzahl von Diodenlasern. Der Vorteil dabei ist die hohe Lichtstärke. Zu berücksichtigen wäre jedoch ein relativ hoher Preis und die bei den bisher erhältlichen Laserdioden geringere Lebensdauer. Möglich ist es auch, das Laserlicht mittels Glasfaser zum Objektiv zu leiten und es dort um das Objektiv zu verteilen und sodann mittels Selfoc-Linsen wieder zu kolli­ mieren.

Als Lichtquelle kommt weiterhin eine Xenon-Blitzlampe in Verbindung mit einer Framegrabber-Karte mit anschließender Bildverarbeitung in Frage, insbesondere bei langen Vortriebsstrecken. Ein Nachteil ist allerdings, daß eine Hoch­ spannungsversorgung erforderlich ist und ein dementsprechend höherer Preis berücksichtigt werden muß.

Anstelle des Theodoliten 6 mit angesetzter Videokamera 8 ist es möglich und auch schon erprobt, für die Beobachtung des Reflektors 9 unmittelbar eine elek­ tronische Kamera, beispielsweise eine Farb-CCD-Kamera mit einem geeigneten Zoombereich zu verwenden. Das von der CCD-Kamera erzeugte Bildsignal wird dann vorzugsweise einem Framegrabber zugeführt, über den ein vorgegebenes Fadenkreuz einblendbar ist. Die vorgegebene Position und Ausrichtung der CCD- Kamera wird überwacht, beispielsweise mittels Neigungsmessern und Stellantrieb, gesteuert durch einen Mikrocomputer.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind - ohne Anspruch auf Vollständig­ keit - die folgenden:

• - Die Zieltafel, also die retroaktive Folie, unterliegt keinem Verschleiß.
• - Der Einbau der Zieltafel mit sehr geringer Baulänge ist ohne Probleme möglich.
• - Eine separate Stromversorgung, beispielsweise mittels Akkumulator, entfällt ebenso, wie die bisher erforderliche Ansteuerelektronik für die aktiven LEDs. Die Kosten werden also erheblich verringert.
• - Die Zieltafel gemäß der Erfindung ist vollkommen vibrationsfest.
• - Während der Benutzungsdauer eines Vortriebs ergeben sich keine zeit­ lichen Beschränkungen oder Einschränkungen.
• - Die Zieltafel muß, da sie retroreflektierend ist, nicht besonders genau ausgerichtet werden.

Da die an der Zieltafel reflektierte Lichtmenge vergleichsweise gering ist, muß auf eine ausreichend starke Lichtquelle geachtet werden. Hierbei bestehen jedoch am Ort der Vortriebseinrichtung keinerlei Versorgungsprobleme.

Claims (9)

1. Verfahren zur vergleichenden zielgerichteten Messung der Vortriebsrich­ tung des Vortriebskopfs bei einer Pilotrohr-Vortriebseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer feststehenden Lichtquelle am Ort der Vor­ triebseinrichtung ausgehende Strahlung durch das Pilotrohr hindurchgehend am Vortriebskopf reflektiert und die reflektierte Lichtinformation gegen Vorgabe­ werte für die Vortriebsrichtung vergleichend ausgewertet wird.

2. Vermessungseinrichtung für einen gesteuerten Rohrvortrieb mittels eines durch eine Vortriebspresse (5) in Richtung auf ein vorgegebenes Ziel (2) bei gleichzeitiger Verdrängung des Umgebungsmaterials vorzutreibenden Pilotrohrs (3, 4) gekennzeichnet durch

• 1. einen im Vortriebskopf (4) des Pilotrohrs angeordneten Reflektor (9), der durch den Rohrstrang (3) des Pilotrohrs hindurch mit Licht beaufschlagbar ist, und
• 2. eine im Bereich der Vortriebspresse (5) angeordnete Meßeinrichtung, welche die vom Reflektor (9) aus zurückgeworfene Information zur laufenden Ermittlung der Vortriebsrichtung des Vortriebskopfs gegen eine vorgegebene Vortriebsachse vergleicht.

3. Vermessungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (9) eine passive reflektierende Zieltafel mit Markierungen ist, die eine Erkennung sowohl des Mittelpunkts als auch der momentanen Dreh­ winkelstellung des Vortriebskopfs (4) in der Meßeinrichtung ermöglicht.

4. Vermessungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichent, daß die Meßeinrichtung ein Theodolit (6) mit angesetzter Videokamera (8) ist, deren Bildsignale auf einem Monitor einer unmittelbaren optischen Bewertung durch einen Beobachter zuführbar sind.

5. Vermessungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor aus einer retroaktiven Folie gefertigt ist.

6. Vermessungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Beleuchtungseinrichtung für den Reflektor eine das Objektiv des Theodoliten (6) ringförmig umgebende Lichtquelle (10) vorgesehen ist.

7. Vermessungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle im Bereich des Theodoliten vorhanden ist, deren Strahlung über einen halbdurchlässigen Spiegel oder einen Strahlteiler in den Strahlen­ gang des vom Reflektor reflektierten Lichts einkoppelbar ist.

8. Vermessungseinrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch eine den Reflektor (9) direkt beobachtende Video-CCD-Kamera, deren Bildsignal einem Framegrabber zur Einblendung eines Vergleichsbildes, beispielsweise Fadenkreuzes, zuführbar ist.

9. Vermessungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) an oder in der Optik der CCD-Kamera angeordnet ist und daß die Position und Ausrichtung der CCD-Kamera mittels Neigungs­ messern erfaßt und durch einen Stellantrieb automatisch nachjustierbar ist.