DE3408437C2 - Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines vorgepreßten Hohlprofilstranges - Google Patents
Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines vorgepreßten HohlprofilstrangesInfo
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Abstract
Die Vorrichtung dient zur Positionsbestimmung eines vorgepreßten Hohlprofilstranges und weist im Hohlprofilstrang hintereinander angeordnete Meßvorrichtungen und Meßpunkte auf. Jede Meßvorrichtung hat eine Lichtquelle zur Positionsmarkierung, einen Positionsdetektor und ein optisches System. Die Meßvorrichtungen sind so angeordnet, daß die Projektion der Lichtquelle jeder Meßvorrichtung auf dem Positionsdetektor der jeweils benachbarten Meßvorrichtung erfolgt. Zur Übertragung und zum Empfang der an den Positionsdetektoren anstehenden Signale sind die Meßvorrichtungen miteinander gekoppelt. Aus den Signalen lassen sich die Koordinaten der Meßvorrichtungen und daraus die räumliche Lage des Hohlprofilstranges ermitteln.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines vorgepreßten Hohlprofilstranges, insbesondere mit beliebiger Krümmung, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Im konventionellen und maschinellen Untertagebau gewinnt die Vorpressung zusammengesetzter Hohlprofilstränge, wie Rohre oder Tunnel, zunehmend an Bedeutung. Unter einer Vorpressung versteht man ein Verfahren, bei dem meist von einem Schacht aus ein aus mehreren gleichartigen Bauteilen zusammengesetzter Hohlprofilstrang beliebigen Querschnitts mit Pressen in das Erdreich eingepreßt wird, wobei gleichzeitig das ins Innere des Hohlprofiles eindringende Erdreich gelöst und durch den Hohlprofilstrang hindurch abgeführt wird. Am vorderen Ende des Hohlprofilstranges ist ein steuerbares Element, zum Beispiel ein Schneidschuh, angeordnet, der das Eindringen ins Erdreich erleichtert und in dessen Schutz der Ausbruch erfolgt. Hierbei wird das an der Ortsbrust anstehende Erdreich entweder von Hand oder maschinell gelöst und abtransportiert.
- Der gesamte Strang wird mit den im Pressenschacht installierten Hauptpresse jeweils um die Länge eines Bauteiles vorwärts-gepreßt. Die Verlängerung des Hohlprofilstranges erfolgt taktweise im Pressenschacht durch das Anfügen eines neuen Bauteiles nach Rückfahren der Pressen. Einbau und Vorpressung des gesamten Hohlprofilstranges erfolgen somit von einer Stelle aus.
- Zur Richtungssteuerung trägt der Schneidschuh mindestens drei Steuerpressen. Der Hohlprofilstrang reagiert je nach den Bodenverhältnissen mehr oder weniger rasch auf vorgenommene Steuermaßnahmen. Zur genauen Steuerung des vorzupressenden Hohlprofilstranges ist eine ständige Kontrolle der Einhaltung der Trasse und des Gradienten notwendig. Bei konventionellen Meßverfahren muß die Höhe und Lage des Hohlprofilstranges jeweils neu vom Schacht aus herangeführt werden. Der Meßweg wird dabei ständig länger, so daß diese Verfahren sehr aufwendig sind. Außerdem muß der Vortrieb während der Zeit der Vermessung ruhen. Bei Steuerkorrekturen nach einer Vermessung besteht die Gefahr, daß die eingeleiteten Steuerdrücke ein Übersteuern zur anderen Seite der Sollkurve bewirken, was erneut Korrekturen nötig macht und gegebenenfalls nur zu einem ansteigenden Übersteuern in beiden Richtungen führt. Eine genaue Steuerung besteht daher im rechtzeitigen Erkennen von Abweichungen, die dann, abhängig von der Geschicklichkeit und Erfahrung der Bedienungsperson, kompensiert werden müssen.
- Zur genauen Führung des Schneidschuhes sind Leitstrahlsysteme bekanntgeworden, bei denen meist gebündelte Lichtstrahlen auf einer mit einem Fadenkreuz versehenen Anzeigetafel am Schneidschuh sichtbar gemacht werden. Die Bedienungsperson kann dann abhängig von den Abweichungen auf der Anzeigetafel den Schneidschuh steuern. Da der Leitstrahlsender ortsfest angeordnet ist, der Hohlprofilstrang und der Schneidschuh jedoch vorgepreßt werden, muß bei diesem System der Vortrieb immer wieder unterbrochen werden, um den Leitstrahlsender wieder an den Schneidschuh heranzuführen und einzumessen. Diese Unterbrechung tritt besonders häufig auf, wenn die Vortriebsstrecke eine Krümmung aufweist, da der Leitstrahlsender nur geradlinig arbeitet. Sein Einsatz ist daher mit vertretbarem Aufwand nur bei schwach gekrümmten Gradienten möglich. Das auch hier noch notwendige oftmalige Verstellen und das neue Einmessen ist sehr zeitaufwendig, so daß, da der Vortrieb während der Vermessung ruhen muß, die Vortriebsgeschwindigkeit gering ist.
- Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Positionsbestimmung des Schneidschuhes sendet ein im Schneidschuh installierter Sender Impulse aus, die über Tage geortet werden. Nach klassischen geodätischen Verfahren wird dann die Position des Schneidschuhes ermittelt. Diese Methode ist jedoch unter bebauten Gelände oder unter Wasserflächen mit ausreichender Genauigkeit nur beschränkt anwendbar. Außerdem gibt sie nur Auskunft über die Lage des Schneidschuhes und läßt ein seitliches Ausweichen des Hohlprofilstranges, das die Richtung des Schneidschuhes wesentlich beeinflußt, unberücksichtigt.
- Bei der gattungsgemäßen Vorrichtung (DE-OS 31 20 010) wird zur Positionsbestimmung des Hohlprofilstranges die räumliche Position der Meßpunkte durch automatische Abtasteinrichtungen erfaßt, welche die Positionsdetektoren bilden. Die räumliche Positionsbestimmung erfolgt zyklisch, wobei jeweils eine Abtasteinrichtung drei in Längsrichtung des Hohlprofilstranges aufeinanderfolgende Meßpunkte erfaßt. Es muß jeweils die räumliche Position von zwei Meßpunkten bekannt sein, um den dritten Meßpunkt ermitteln zu können. Für diese Vorrichtung ist eine große Zahl von Abtasteinrichtungen und Meßpunkten erforderlich.
- Es ist auch der Einsatz eines Kreiselkompasses bekannt, der mit einem Kursschreiber gekoppelt ist und der zur Überbrückung der Zeiten zwischen den erforderlichen geodätischen Punkt- und Richtungsbestimmungen im Hohlprofilstrang bereits verwendet wird. Ein Driften des Kreisels verfälscht aber die Meßergebnisse, so daß eine konventionelle geodätische Punkt- und Richtungsbestimmung unbedingt erforderlich bleibt. Da ein Kreiselkompaß systembedingt nur die azimutale Ausrichtung des Schneidschuhes erfaßt, liegen keine Höheninformationen über den Schneidschuh vor.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, daß mit ihr bei geringem konstruktiven Aufwand beliebig häufig und kurzzeitig aufeinanderfolgend räumliche Positionsbestimmungen eines Hohlprofilstranges während der Vorpressung vorgenommen werden können, ohne daß der Preßvorgang behindert oder unterbrochen wird.
- Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
- Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können zu jedem beliebigen Zeitpunkt ohne Unterbrechung des Preßvorganges die zur Berechnung der Positionsbestimmung erforderlichen Meßdaten bestimmt werden, so daß die Lage des Hohlprofilstranges jederzeit kontrollierbar ist. Die im Polygonzug erste Meßvorrichtung bildet das übergeordnete Koordinatensystem bei der Berechnung der Koordinaten des leuchtenden Meßpunktes. Die Lichtquelle jeder Meßvorrichtung sendet Lichtbündel bzw. Strahlen aus, die durch das optische System zur jeweils benachbarten Meßvorrichtung gelenkt werden. Das optische System dieser benachbarten Meßvorrichtung lenkt die Strahlen auf den Positionsdetektor. Umgekehrt werden die Strahlen der benachbarten Meßvorrichtung vom optischen System der anderen Meßvorrichtung auf deren Positionsdetektor gelenkt. Die auftreffenden Strahlen erzeugen in den Positionsdetektoren Signale, die zu den jeweils benachbarten Meßvorrichtungen übertragen und dort empfangen werden. Aus diesen Signalen lassen sich in der Auswerteeinheit nach einfachen optischen und trigonometrischen Beziehungen die Koordinaten der Meßvorrichtungen bestimmen. Aus diesen Koordinaten kann dann die räumliche Lage des Hohlprofilstranges ermittel werden. Es können so Tendenzen möglicher Richtungsänderungen erfaßt weren, so daß frühzeitig eine Richtungskorrektur ausgeführt werden kann. Die Vortriebsgeschwindigkeit kann bei höherer Richtungsgenauigkeit wesentlich erhöht werden, da keine Pausen für Vermessungsarbeiten mehr anfallen. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können die an sich widersprüchlichen Forderungen, nämlich eine erhöhte Vortriebsgeschwindigkeit bei erhöhter Richtungsgenauigkeit, erfüllt werden.
- Die kettenförmige Anordnung von Meßvorrichtungen ermöglicht die automatische, räumliche Polygonzugmessung hoher Präzision während des Vortriebes. Da jede Meßvorrichtung Sende- und Empfangsstationen gleichzeitig ist, wird die Position eines Polygonpunktes (der Meßvorrichtung) durch die integrierte Lichtquelle markiert und durch die ebenfalls fest eingebauten Positionsdetektoren empfangen und registriert. Die an den Ausgängen der Positionsdetektoren anliegenden Signale, welche die Koordinatenwerte der durch die Empfangsoptik abgebildeten Lichtquellen beschreiben, können dann zur Berechnung der räumlichen Position des Hohlprofilstranges herangezogen werden. Vorteilhafterweise werden die Signale durch Modulation der integrierten Lichtquelle von Meßvorrichtungen zu Meßvorrichtung bis zur Auswerteeinheit übertragen, die über entsprechende Algorithmen die Abweichung des Hohlprofilstranges von der Sollage ermittelt. Während des Vorpressens des Hohlprofilstranges können beliebig häufig Messungen zu beliebiger Zeit ausgeführt werden, so daß eine weitgehend kontinuierliche Kontrolle der räumlichen Position des Hohlprofilstranges und somit eine laufende Richtungskorrektur des Schneidschuhes möglich ist. Die Positions- und Richtungsgenauigkeit der Vorpressung kann damit wesentlich erhöht werden.
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
- Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigt
- Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Baustelle zum Vorpressen eines Hohlprofilstranges, in dem mehrere Meßvorrichtungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet sind,
- Fig. 2 den Empfangsstrahlengang einer automatischen Meßvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Fig. 3 den Sendestrahlengang der automatischen Meßvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Fig. 4 das Koordinatensystem eines Polygonzuges,
- Fig. 5 eine Skizze zur Berechnung der Position der Meßvorrichtung im Hohlprofilstrang,
- Fig. 6 eine Skizze zur Berechnung der Raumrichtung der optischen Achse der Meßvorrichtung im Hohlprofilstrang.
- In der Darstellung gemäß Fig. 1 wird von einem Pressenschacht 11 aus ein Hohlprofilstrang 10, der aus mehreren Strangabschnitten 12 zusammengesetzt ist, in bekannter Weise durch eine (nicht dargestellte) im Pressenschacht angeordnete Vorpreßeinrichtung in das Erdreich 14 vorgetrieben. Im Hohlprofilstrang 10 sind in dessen Längsrichtung mit Abstand hintereinander automatische Meßvorrichtungen 1 befestigt. Sie sind derart angeordnet, daß jede Meßvorrichtung Sichtkontakt zur vorhergehenden und zur nachfolgenden Meßvorrichtung 1.1 und 1.2 hat. Auf diese Weise wird ein Polygonzug gebildet (Fig. 4), anhand dessen die Position des Hohlprofilstranges 10 bestimmt werden kann. Die Meßvorrichtungen 1 arbeiten mit Strahlen, d. h. geradlinig sich ausbreitenden elektromagnetischen Wellen, die im Ausführungsbeispiel Lichtstrahlen sind. Daher müssen die Meßvorrichtungen 1 einen ausreichenden Sicherheitsabstand von der Innenwandung des Hohlprofilstranges 10 haben, um eine Beugung der Strahlen zu verhindern. Im Endpunkt des von den Meßvorrichtungen 1 gebildeten Polygonzuges sind ein oder mehrere Meßpunkte 2 in geeigneter Anordnung mit Abstand zur letzten Meßvorrichtung installiert. Die Meßpunkte 2 sind vorzugsweise Signalgeber und werden insbesondere durch Luminessenz- oder Laserdioden gebildet.
- Damit der Querschnitt des Hohlprofilstranges 10 durch die Meßvorrichtungen 1 nur wenig beeinträchtigt wird, werden sie vorteilhaft im oberen Bereich bzw. im Firstbereich des Hohlprofilstranges befestigt. Dadurch ist im Hohlprofilstrang 10 ausreichend Platz für Transportvorrichtungen und Ver- sowie Entsorgungsleitungen, die vom vorderen Ende aus nach hinten zum Pressenschacht 11 geführt sind. Da die Meßvorrichtungen 1 und die Meßpunkte 2 starr mit dem Hohlprofilstrang 10 verbunden sind, werden sie mit diesem in Vortriebsrichtung bewegt. Die Strecken 15 zwischen den Meßvorrichtungen 1 sowie zwischen der letzten Meßvorrichtung und den Meßpunkten 2 werden einmal zu Beginn der Vorpressung mit einem Meßband oder andern Streckenmeßgeräten ermittelt und einer Auswerteeinheit 3 als Festwerte eingegeben, die während der gesamten Vorpressung festgehalten werden.
- Die Anfangsstrecke 15&min; des durch die Meßvorrichtungen 1 und die Meßpunkte 2 gebildeten Polygonzuges zwischen der Meßvorrichtung 1.1 im Pressenschacht 11 und der ersten Meßvorrichtung 1 im Hohlprofilstrang 10 wird vorteilhaft durch eine elektronische Entfernungsmeßeinrichtung erfaßt und über eine Fernübertragung der Auswerteeinheit 3 zugeführt.
- In vorteilhafter Weiterentwicklung ist es auch möglich, die Vermessung dieser Strecken 15, 15&min; mit einem in den Meßvorrichtungen integrierten Abstandsmesser vorzunehmen und vor jeder räumlichen Positionsbestimmung des Hohlprofilstranges 10 erneut die Abstände zu messen. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung kann so weiter gesteigert werden.
- Die Fig. 2 und 3 zeigen schematisch den Aufbau einer automatischen Meßvorrichtung 1. Sie weist vorteilhaft als Grundkomponenten einen Positionsdetektor 5, ein optisches System 7, 7&min;, 7&min;&min;, eine Lichtquelle 6 und eine Horizontierautomatik 9 auf.
- Der Positionsdetektor 5 ist vorteilhafterweise ein planarer fotoelektronischer Detektor, der elektrische Signale in Abhängigkeit von der Position eines Lichtpunktes auf seiner Detektorfläche liefert. Das optische System besteht vorteilhafterweise aus zwei zentrierten Sende- und Empfangsoptiken 7&min; mit gleichen optischen Achsen 7&min;&min;&min;, einem Umlenksystem 7 und einem teildurchlässigen Spiegel 7&min;&min;. Die optische Achse 7&min;&min;&min; zeigt in Richtung einer Achse des lokalen Koordinatensystems der Meßvorrichtung 1. Die Brennebene des optischen Systems 7, 7&min;, 7&min;&min; fällt in die Detektorfläche des Positionsdetektors 5, so daß auf dem Positionsdetektor eine scharfe Abbildung erhalten wird. Diese Ebene und die optische Achse 7&min;&min;&min; beschreiben das lokale Koordinatensystem der Meßvorrichtung 1. Die beiden Sende- und Empfangsoptiken 7&min; der Meßvorrichtung 1 sind entgegengesetzt zueinander gerichtet. Dadurch kann die Meßvorrichtung 1 die von den Lichtquellen 6 ausgesandten Strahlen der jeweils vor und hinter ihr liegenden Meßvorrichtungen empfangen und selbst Strahlen an diese Meßvorrichtungen aussenden.
- Die Lichtquelle 6 markiert einen Meßpunkt des Polygonzuges (Fig. 4) und wird durch das optische System 7, 7&min;, 7&min;&min; auf dem Positionsdetektor 5 der jeweils benachbarten Meßvorrichtung abgebildet.
- Jede Meßvorrichtung 1 arbeitet als Empfänger und Sender. Fig. 2 zeigt den Strahlengang, wenn die Meßvorrichtung als Empfänger arbeitet. Die von den hinter und vor ihr liegenden Meßvorrichtungen 1.1 und 1.2 (Fig. 2) ausgesandten Strahlen 24 und 25 werden durch die Optiken 7&min; zu den Umlenksystemen 7 hin gebrochen, welche die Strahlen dann zum Positionsdetektor 5 umlenken. Auf ihm treffen die Strahlen 24, 25 als Lichtpunkte 24&min;, 25&min; auf. Vorzugsweise wird auf dem Positionsdetektor 5 jeweils nur ein Lichtpunkt 24&min; bzw. 25&min; abgebildet. Um dies zu erreichen, können in die Strahlengänge Blenden 8 gebracht werden, so daß nur die Strahlen der vorderen oder hinteren Meßvorrichtung auf den Positionsdetektor 5 gelangen.
- Fig. 3 zeigt den Strahlengang, wenn die Meßvorrichtung 1 als Sender arbeitet. Die von der Lichtquelle 6 ausgesandten Strahlen 26 gelangen auf den teildurchlässigen Spiegel 7&min;&min;. Der eine Teil der Strahlen 26 durchsetzt den Spiegel 7&min;&min; und wird vom nachfolgenden Umlenksystem 7 zur einen Optik 7&min; umgelenkt. Der andere Teil der Strahlen 26 wird am Spiegel 7&min;&min; reflektiert und gelangt zum anderen Umlenksystem 7, das im Ausführungsbeispiel ein Prisma ist und die Strahlen zur anderen Optik 7&min; umlenkt. Die aus den beiden Optiken 7&min; austretenden Strahlen 26&min; und 26&min;&min; werden von der hinteren bzw. der vorderen Meßvorrichtung 1.1 und 1.2 empfangen, wie dies anhand von 2 beschrieben worden ist.
- Im Einsatz arbeiten die Meßvorrichtungen gleichzeitig als Sender und Empfänger. Die in die Meßvorrichtung einfallenden und aus ihr austretenden Strahlen 24, 25 und 26&min;, 26&min;&min; sind parallel zueinander gerichtet. Die einfallenden Strahlen 24, 25 treten beispielsweise im Randbereich der Optiken 7&min; ein, während die Strahlen 26&min;, 26&min;&min; beispielsweise im mittleren Bereich der Optiken in die Meßvorrichtung einfallen bzw. aus dieser austreten. Die einfallenden und austretenden Strahlen 24, 25 und 26&min;, 26&min;&min; sind optisch voneinander isoliert, um Wechselwirkungen zwischen diesen Strahlen auszuschalten.
- In vorteilhafter Weiterentwicklung kann bei Abbildung von mehreren Lichtquellen 6 auf dem Positionsdetektor 5 eine Unterscheidung durch Modulation der Lichtquellen vorgenommen werden. Um diese verschiedenen Lichtquellen 6 voneinander unterscheiden zu können, können die Lichtquellen moduliert werden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Lichtquellen 6 verschieden frequenzmoduliert sind oder in unterschiedlichen Spektralbereichen Licht aussenden.
- Die Umlenksysteme 7 sind nicht unbedingt erforderlich. Die Meßvorrichtung 1 hat für diesen Fall zwei Positionsdetektoren 5, die in den Strahlengängen 24 und 25 liegen und in fester Beziehung zueinander stehen. Außerdem sind zwei Lichtquellen 6 erforderlich, damit durch beide Optiken 7&min; Lichtstrahlen 26&min; und 26&min;&min; ausgesandt werden können.
- Mit der an sich bekannten Horizontierautomatik 9 wird die automatische Meßvorrichtung 1 unter Ausnutzung der Gravitation in eine horizontale Lage eingestellt. Bei einer vorteilhaften Ausführung kann hierfür ein elektronisches System verwendet werden. Eine andere vorteilhafte Ausführung der Horizontierautomatik 9 besteht in der Verwendung einer mechanischen Automatik, die beispielsweise eine kardanische Aufhängung mit Lotstab sein kann. Diese Ausführungsformen sind bekannt.
- Anhand der Fig. 4 bis 6 soll das Meßprinzip der Meßvorrichtungen 1 erläutert werden.
- Zunächst wird die Meßvorrichtung 1.1 im Pressenschacht 11 mit der Horizontierautomatik 9 in eine horizontale Lage eingestellt. Die optische Achse 7&min;&min;&min; dieser Meßvorrichtung 1.1 bildet die Z-Richtung und zeigt in eine willkürliche, jedoch bekannte Raumrichtung (Fig. 4). Die Detektorfläche des Positionsdetektors 5 liegt parallel zur X-Y-Ebene und ist mittels der Horizontierautomatik 9 so justiert, daß die X-Achse horizontal verläuft. Die Punkte P K , P K - 1, P K - 2, . . . ., P 2, P 1 (Fig. 5) bezeichnen die Hauptpunkte der optischen Systeme 7, 7&min;, 7&min;&min; der Meßvorrichtungen 1 und entsprechend den Polygonpunkten des Polygonzuges (Fig. 4). Die Polygonpunkte werden durch die Lichtquellen 6 der Meßvorrichtungen markiert. Zur Bestimmung der unbekannten Koordinaten 16, 17, 18 des Hauptpunktes P K der ersten Meßvorrichtung 1 im Hohlprofilstrang 10 werden die Strahlen der Lichtquelle 6 dieser Meßvorrichtung 1 auf dem Positionsdetektor 5 der vorhergehenden Meßvorrichtung 1. 1 (Hauptpunkt P 0) abgebildet, wie dies anhand der Fig. 2 und 3 erläutert worden ist. Der abgebildete Meßpunkt hat in X- und Y-Richtung die Bildkoordinaten 16&min; und 17&min;. Aus ihnen sowie aus der Brennweite 19 der vorhergehenden Meßvorrichtung 1.1 lassen sich nach den Gesetzen der geometrischen Optik die Koordinaten 16, 17, 18 des Hauptpunktes P K und damit der ersten Meßvorrichtung 1 im Hohlprofilstrang 10 im Hauptpunkt P K bestimmen.
- Der längs der Z-Achse zu messende Abstand 18, der die Z-Koordinate des Hauptpunktes P K bildet, kann mechanisch oder mit Entfernungsmessern gemessen werden, welche die Strecke 15, das heißt den Abstand zwischen den Meßvorrichtungen 1 und 1.1 bestimmen und aus ihr die Strecke 18 nach geometrischen Berechnungen ermitteln. Derartige Entfernungsmesser sind vorzugsweise in den Meßvorrichtungen untergebracht.
- Nach Kenntnis der Koordinaten 16, 17, 18 des Hauptpunktes P K kann die Polygonierung fortgeführt werden. Im Hauptpunkt P K befindet sich die Meßvorrichtung 1. Die Richtung ihrer optischen Achse 7&min;&min;&min; ist willkürlich (Fig. 6). Die Lichtquellen 6 der vorhergehenden und nachfolgenden Meßvorrichtungen in den Hauptpunkten P 0 und P K - 1 (Fig. 4) müssen jedoch auf dem Positionsdetektor 5 der Meßvorrichtung in P K abgebildet werden können. Zur Koordinatenbestimmung des Hauptpunktes P K - 1 muß die Raumrichtung der optischen Achse 7&min;&min;&min; der Meßvorrichtung im Hauptpunkt P K durch den Horizontalwinkel 22 zwischen der optischen Achse 7&min;&min;&min; und der X-Koordinate 20&min; des Bildpunktes P 0, auf dem Positionsdetektor 5 der Meßvorrichtung in P K und durch den Vertikalwinkel 23 zwischen der Horizontalebene und der Y-Koordinate 21&min; des Bildpunktes P 0, auf dem Positionsdetektor der Meßvorrichtung in P K bestimmt werden. Der Positionsdetektor 5 der Meßvorrichtung 1 im Hauptpunkt P K liefert nach den Gesetzen der geometrischen Optik die Bildkoordinaten 20&min;, 21&min; der Lichtquellen 6 im Hauptpunkt P 0 im Koordinatensystem X D, K - Y D, K , so daß sich mit einfachen trigonometrischen Beziehungen die Raumrichtung der optischen Achse 7&min;&min;&min; der Meßvorrichtung im Hauptpunkt P K bestimmen läßt.
- Mit den zuvor bestimmten Koordinaten 16, 17, 18 des Hauptpunktes P K und der Raumrichtung der optischen Achse 7&min;&min;&min; der Meßvorrichtung 1 im Hauptpunkt P K sind die Voraussetzungen zur Koordinatenbestimmung des folgenden Hauptpunktes P K - 1 erfüllt. Die Koordinatenbestimmung dieses Hauptpunktes P K - 1 erfolgt analog zur vorangegangenen Koordinatenbestimmung des Hauptpunktes P K . Auf die beschriebene Weise werden die Koordinaten sämtlicher Hauptpunkte des Polygonzuges (Fig. 47) ermittelt. Aus diesen Koordinaten läßt sich dann die räumliche Lage des Hohlprofilstranges 10 bestimmen.
- Die an den Ausgängen der Positionsdetektoren 5 anliegenden Signale, welche Bildkoordinatenwerte der durch das optische System 7, 7&min;, 7&min;&min; abgebildeten Lichtquellen 6 beschreiben, werdem vorzugsweise bereits in der Meßvorrichtung 1 durch eine geeignete elektrische Schaltung und einen Mikroprozessor derart aufbereitet, daß bereits Mittelwerte der Bildkoordinaten für beliebige Zeiträume vorliegen. Mit diesen Bildkoordinaten werden in der Auswerteeinheit 3 die Koordinaten der Hauptpunkte P K (Polygonpunkte) berechnet. Die Daten der i-ten Meßvorrichtung 1 werden dazu mit einer Fernübertragung zur i + 1ten Meßvorrichtung 1 übertragen und von dort zur i + 2ten Meßvorrichtung gesandt. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis alle Daten zur Auswerteeinheit 3 übertragen worden sind. Dazu wird vorteilhafterweise eine Datenleitung (Datenbus) zur Auswerteeinheit 3 aufgebaut, in der die Daten der einzelnen Meßvorrichtungen 1 in einer sequentiellen Reihenfolge angeordnet sind. In vorteilhafter Weiterentwicklung leitet die Datenleitung in umgekehrter Richtung die Ergebnisse des Auswertung zum Bedienungspersonal im Hohlprofilstrang 10. Zur Datenübertragung werden vorzugsweise die Lichtquellen 6 der Meßvorrichtungen 1 als Sender verwendet.
- Der Datenstrom wird dann mit dem Positionsdetektor 5 empfangen. In vorteilhafter Ausführung erfolgt der Empfang des Datenstromes mit einem in der Empfangsoptik 7&min; integrierten breitbandigen Detektor. Eine derartige Datenübertragung und ein solcher Datenempfang ist an sich bekannt. Die Lichtquellen 6 dienen bei dieser bevorzugten Ausführung somit nicht nur zur Positionsbestimmung des Hohlprofilstranges 10, sondern auch zur Datenübertragung.
- Bei einer vereinfachten Ausführungsform erfolgt die Übertragung der Daten und Ergebnisse unabhängig von der Meßvorrichtung 1. Dazu kann beispielsweise ein optisches Datenübertragungssystem aufgebaut werden, mit dem die Datenübertragung beispielsweise durch Lichtmodulation, vorzugsweise durch Modulation der Lichtquelle 6, durchgeführt wird. Die Meßvorrichtungen können über eine Fernbedienung getrennt ansteuerbar sein, um sie beispielsweise auf Senden oder Empfang einzustellen oder um die Blenden 8 zu betätigen.
- In vorteilhafter Weiterentwicklung werden die Meßvorrichtungen 1 durch integrierte Prozeßrechner 3&min; (Fig. 2 und 3) gesteuert.
- In der Auswerteeinheit 3 werden mit diesen Daten die Koordinaten der Hauptpunkte P K (Polygonpunkte) und der Meßpunkte 2 berechnet. Gleichzeitig erfolgt die Berechnung der Abweichung des Hohlprofilstranges 10 von der Sollage.
- Mit der Vorrichtung ist es möglich, der Bedienungsperson am Steuerpult des Schneidschuhes am vorderen Ende des Hohlprofilstranges 10 jederzeit die räumliche Position des Hohlprofilstranges anzugeben. Abweichtendenzen des vorgepreßten Hohlprofilstranges 10 können aufgrund der Vielzahl der möglichen Messungen während des Vorpressens frühzeitig erkannt werden, so daß Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird nach Entwicklung geeigneter Steueralgorithmen eine Kopplung der Steuerelemene des Schneidschuhes mit der Auswerteeinheit 3 vorgenommen, so daß die automatische Navigation entlang einer vorgegebenen Kurve erfolgen kann.
Claims (13)
1. Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines vorgepreßten Hohlprofilstranges, in dem in definierten Abständen hintereinander fest angeordnete Meßpunkte vorgesehen sind, deren Position durch Positionsdetektoren erfaßbar ist, die im Hohlprofilstrang hintereinander angeordnet und mit einer Auswerteeinheit verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß Meßvorrichtungen (1) einen Polygonzug mit bekannten Abständen (15) im Hohlprofilstrang (10) bilden, wobei die im Polygonzug erste Meßvorrichtung (1.1) mit einer definierten Orientierung ihres Koordinatensystems angeordnet ist, daß an dem der Ortsbrust zugewandten Ende des Hohlprofilstranges (10) ein selbstleuchtender Meßpunkt (2) angeordnet ist, der durch die benachbarte Meßvorrichtung (1.2) erfaßt wird, daß die Meßvorrichtungen (1) zur Positionsmarkierung jeweils wenigstens eine Lichtquelle (6) aufweisen, die parallele Lichtbündel (24, 25) in entgegengesetzte Richtungen mit gemeinsamer optischer Achse aussenden, daß die Meßvorrichtungen (1) mit Positionsdetektoren (5) versehen sind, denen Projektionsoptiken (7&min;) vorgeschaltet sind, welche die von den jeweils benachbarten Meßvorrichtungen (1) ausgesandten Lichtbündel (24, 25) erfassen und auf den jeweiligen Positionsdetektor (5) lenken, und daß die Meßvorrichtungen zur Übertragung und zum Empfang der an ihren Positionsdetektoren (5) anstehenden Signale an die Auswerteeinheit (3) angeschlossen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (6) benachbarter Meßvorrichtungen (1) mit verschiedenen Frequenzen moduliert sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (6) benachbarter Meßvorrichtungen (1) verschiedene Spektralbereiche haben.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strahlengang der von den Lichtquellen (6) benachbarter Meßvorrichtungen (1) ausgesandten Lichtbündel (24, 25) eine Blende (8) verstellbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen der Projektionsoptik (7&min;) und der Positionsdetektor (5) mindestens ein optisches Umlenksystem (7, 7&min;&min;&min;) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenksystem (7, 7&min;&min;) wenigstens einen teildurchlässigen Spiegel (7&min;&min;) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der teildurchlässige Spiegel (7&min;&min;) im Strahlenweg (26) der Lichtquelle (6) liegt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (8) innerhalb der Meßvorrichtungen in den Strahlenweg zwischen der Projektionsoptik (7&min;) und dem Positionsdetektor (5) verstellbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Horizontierung der Meßvorrichtung (1) eine Horizontierautomatik (9) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung von Meßdaten die Lichtwellen, vorzugsweise die Lichtquelle (6), moduliert sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung ( 1) als Empfänger und als Sender für die Meßdaten ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtungen (1) über eine Fernbedienung getrennt ansteuerbar sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in die Meßvorrichtungen (1) zu deren Steuerung ein Prozeßrechner (3&min;) integriert ist.
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