DE4013950A1 - Vorrichtung zum markieren von grundflaechen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Markieren von Grundflächen mit einem Fahrzeug, an dem eine Markierein­ richtung mit einer Steuereinheit angebracht ist.

Mit derartigen Markiervorrichtungen sollen insbesondere große Flächen in Abschnitte aufgeteilt werden. Beispiels­ weise stellt sich bei der Einteilung großer Messehallen das Problem, den Boden zum Ausweisen der Gänge mit langen geraden Linien zu markieren. Da die verschiedenen Ausstel­ lungen in einer Messehalle unterschiedliche Einteilungen des Bodens erfordern, müssen die Markierungslinien häufig gewechselt werden.

Gerade Markierungslinien sind auch zur Einteilung großer Parkflächen und zur Linienführung auf Sportplätzen erfor­ derlich. Dabei kommt es darauf an, nicht nur durchgezoge­ ne, sondern auch unterbrochene Linien zu ziehen.

Eine bekannte Vorrichtung zum Markieren besteht aus einem Fahrzeug mit einem Farbbehälter, der eine Steuerung zur dosierten Farbabgabe aufweist. Das Fahrzeug wird entweder entlang einer gespannten Schnur geschoben oder bei sehr langen Linien mit einer Zugmaschine gezogen, wobei an bereits vorgezeichneten Stellen die Farbabgabe eingeleitet bzw. gestoppt wird. Bei der Markierung von Straßenflächen werden auch selbstfahrende Markierungsfahrzeuge einge­ setzt, die von einer Bedienungsperson gesteuert werden.

Der Einsatz solcher Vorrichtungen zum Markieren ist ar­ beitsintensiv, da beispielsweise bei gestrichelten Linien die zu markierenden Bereiche vorher ausgemessen und ge­ kennzeichnet werden müssen. Darüberhinaus führen Abwei­ chungen von der vorgespannten Schnur leicht zu ungenauer Linienführung.

Zur Bearbeitung von Grundflächen sind durch mehrere Veröf­ fentlichungen selbstfahrende Fahrzeuge bekannt geworden. Allerdings erfordern diese Fahrzeuge, die für andere An­ wendungen, wie beispielsweise die flächendeckende Reini­ gung entwickelt wurden, einen hohen technischen Aufwand und sind sehr kostenintensiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Markieren von Grundflächen anzugeben, die selbsttätig mit geringem Aufwand und ohne vorbereitende Hilfsmarkie­ rung arbeitet, die kostengünstig ist und auch über lange Strecken eine präzise Linienführung erlaubt.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Gemäß Anspruch 1 weist die Vorrichtung ein Lasersystem auf, das einen Führungsstrahl längs einer vorgebbaren Geraden erzeugt. Ein Fahrzeug, das mit einem Eigenantrieb und einer Lenkeinrichtung ausgestattet ist, wird längs dieses Strahls geführt. Dazu ist auf dem Fahrzeug ein Empfänger angebracht, der die Position des Fahrzeuges in einer Ebene senkrecht zum Führungsstrahl erfaßt. Das Ausgangssignal des Empfängers stellt ein Maß für die Ab­ weichung des Fahrzeuges vom Führungsstrahl dar und wird einer elektronischen Schaltung zugeführt. Die elektroni­ sche Schaltung ist mit dem Lenksystem des Fahrzeuges ver­ bunden und führt zu einer Lenkbewegung, die der Abweichung entgegenwirkt, so daß die Position des Fahrzeuges relativ zum Laserstrahl in der Ebene senkrecht zum Laserstrahl konstant bleibt.

Das Fahrzeug ist mit einer Meßeinrichtung ausgestattet, die die längs des Fahrstrahls zurückgelegte Strecke ermit­ telt und das Meßsignal an die elektronische Schaltung weiterleitet. Die Schaltung steuert die Markiereinrichtung des Fahrzeuges derart, daß entsprechend einem vorgebbaren Markierprogramm, in Abhängigkeit von der zurückgelegten Wegstrecke, Markierungen auf die Grundfläche aufgebracht werden. Das Programm kann wahlweise auf eine Dauerstrich­ markierung oder eine beliebige Intervallmarkierung einge­ stellt werden. Da der Laserstrahl praktisch eine ideale Gerade darstellt, können mit der erfindungsgemäßen Vor­ richtung auch lange, exakt gerade verlaufende Linien mar­ kiert werden.

Gemäß Anspruch 2 ist das Lasersystem vorteilhaft auf einer feststehenden Halteinrichtung justierbar montiert. Zur Justierung des Führungsstrahles ist eine Justierplatte vorgesehen, die eine Skala trägt, auf die der Laserstrahl ausgerichtet wird. Die Justierplatte wird in größerer Entfernung vom Laser aufgestellt.

Um die Divergenz des Laserstrahls zu vermindern, ist es vorteilhaft, vor dem Laser ein optisches Aufweitungssystem zu positionieren. Insbesondere zur Markierung von Linien mit einer Länge über 100 m kann damit der Strahlquer­ schnitt des Führungstrahles auf wenige Zentimeter begrenzt werden.

Nach Anspruch 3 erfolgt sowohl der Eigenantrieb des Fahr­ zeuges als auch die Lenkung mit jeweils einem Elektromo­ tor. Die Streckenmeßeinrichtung besteht aus einer auf der Hinterachse angebrachten Scheibe, die pro Achsumdrehung eine vorgebbare Zahl von Impulsen auslöst. Die Zahl der Impulse ist der geforderten Genauigkeit angepaßt und be­ trägt bei einer bevorzugten Ausführung 20 Impulse pro Umdrehung. Wenn eine höhere Genauigkeit gefordert ist, wird die Zahl der Impulse pro Umdrehung erhöht. Die Strec­ kenmessung erfolgt demnach mit einer besonders einfachen Einrichtung, die einer kostengünstigen Lösung Rechnung trägt.

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 4 und 5 gekennzeichnet. Nach Anspruch 6 weist der auf dem Fahrzeug angebrachte Empfänger links und rechts von der Fahrzeuglängsachse Sensoren auf, die den Ort des auftreffenden Laserstrahles ermitteln. Je weiter der Ort des auftreffenden Laserstrahls von der Fahrzeug­ achse entfernt liegt, desto größer ist die momentane Ab­ weichung der Fahrtrichtung von der Richtung des Führungs­ strahles. Nach Anspruch 5 werden als Sensoren Fotodioden eingesetzt, die in mehreren Spalten untereinander angeord­ net sind.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist nach Anspruch 6 an der Vorderseite des Fahrzeuges eine Ultraschall-Sende-Empfangsvorrichtung angebracht. Damit können vor dem Fahrzeug auftauchende Hindernisse sowie die Begrenzungsmauern der Halle erkannt und das Fahrzeug auto­ matisch gestoppt werden. Gleichzeitig mit dem Stoppen wird die Markiereinrichtung außer Funktion gesetzt. Nach Be­ seitigung des Hindernisses nimmt die Vorrichtung die un­ terbrochene Tätigkeit wieder auf.

Gemäß Anspruch 7 besteht die Markiereinrichtung aus einem Farbbehälter, der an eine Montageplatte angebracht ist und einem Farbkanal, über den die Farbe einem Markierrad zuge­ führt wird. Der Farbkanal ist mit einem Ventil versehen, das mittels einer Steuereinrichtung gesteuert wird. Bei geöffnetem Ventil tropft die Farbe auf das Markierrad und wird auf die zu markierende Grundfläche aufgerollt. Die Montageplatte ist um eine am Fahrzeug befestigte Achse drehbar und kann mit Hilfe eines Exzenters, der von einem Elektromotor angetrieben wird, angehoben bzw. angesenkt werden.

Nach Anspruch 8 ist die Haltevorrichtung für das festste­ hende Lasersystem als Laborwagen ausgebildet und wird mittels einer Grundplatte in der gewünschten Ausgangs­ position fixiert. Die Grundplatte weist dazu Führungslei­ sten und eine Hebevorrichtung auf. Der Laborwagen wird zwischen die Führungsleisten geschoben und mit der Hebe­ vorrichtung fixiert. Auf dem Laborwagen sind neben dem auf dem Justierkopf befestigten Lasersystem die Bedienungs­ konsolen, ein Ladegerät für die Fahrzeugbatterie, sowie eine Justiereinrichtung für das Fahrzeug angebracht. Mit Hilfe der Justiereinrichtung wird das Fahrzeug in die für den Betrieb notwendige Ausgangslage gebracht.

Bei einer in Anspruch 9 gekennzeichneten vorteilhaften Weiterbildung ist der Justierkopf zur Drehung um eine horizontale und eine vertikale Achse mit zwei Elektromoto­ ren ausgerüstet. Mit Hilfe einer Funkfernsteuerung werden die Motoren gesteuert. Dadurch kann eine Bedienungsperson den Laserstrahl am Austreffpunkt auf die Justierplatte, also in großer Entfernung vom Laser genau auf die Skalen­ mitte der Justierplatte positionieren.

Um die Vorrichtung unabhängig von jeglichem Fremdlicht zu machen, ist nach Anspruch 10 vor dem Laser ein Licht­ chopper angebracht, der den Laserstrahl moduliert. Die elektrische Auswerteschaltung wird nun so ausgebildet, daß sie nur die Signale auswertet, die von einer Lichtquelle der gewählten Modulationsfrequenz verursacht werden.

Im Anspruch 11 ist eine Ausgestaltung der Erfindung ge­ kennzeichnet, bei der der Laser nicht auf einer festste­ henden Haltevorrichtung, sondern auf dem Fahrzeug selbst angebracht ist. Diese Vorrichtung besteht aus einer einzi­ gen Einheit, die alle Komponenten enthält. Der Führungs­ strahl wird auf einen ortsfesten Reflektor gerichtet, der ihn auf den Empfänger des Fahrzeuges lenkt. Der Empfänger ist bspw. vor dem Laser positioniert und weist eine zen­ trale Öffnung als Blende für den Laserstrahl auf. Vor dem Betrieb wird der Reflektor so justiert, daß der Laser­ strahl in sich reflektiert wird. Dadurch ist die Führungs­ linie festgelegt. Weicht die Fahrtrichtung des Wagens von dieser Führungslinie ab, dann wird der Strahl nicht mehr in sich reflektiert, sondern trifft zumindest überwiegend auf die Sensoren einer Seite der Fahrzeuglängsachse. Das gemessene Signal ist ein Maß für die Abweichung vom Füh­ rungsstrahl und dient zur Korrektur der Fahrtrichtung.

Ein Verfahren zum Markieren von Grundflächen mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Anspruch 12 gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß der Aufwand zur Markierung von Grund­ flächen wesentlich verringert und die Genauigkeit der Linienführung erhöht wird. Insbesondere beim Auftragen einer gestrichelten Linie brauchen die zu markierenden Flächen nicht vorher ausgemessen und gekennzeichnet wer­ den. Das vorgebbare Markierprogramm führt die gestrichelte Linie in Abhängigkeit von der zurückgelegten Wegstrecke selbständig aus. Im Vergleich zur Verwendung bekannter selbstfahrender Fahrzeuge ist der Einsatz der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung kostensparend. Die Vorrichtung eignet sich insbesondere für die Markierung von Böden in Messe­ hallen, von Sportplätzen und von Parkplätzen. Sie kann aber auch als Träger für Inspektions- und Beobachtungsge­ räte (z. B. Fernsehkamera) dienen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben, in der zeigt

Fig. 1 den Aufbau des Fahrzeuges in schematischer Darstel­ lung,

Fig. 2 ein Markiergerät in schematischer Darstellung,

Fig. 3 eine Haltevorrichtung für das Lasersystem in sche­ matischer Darstellung,

Fig. 4 Justierplatte zum Justieren des Laserstrahls am Auftreffpunkt.

Das Fahrzeug in Fig. 1 weist eine Grundplatte 1 auf, an der ein Vorderrad 2 und zwei Hinterräder 3 (nur eines sichtbar) angebracht sind. Auf der Hinterachse ist die Streckenmeßeinrichtung (in der Figur nicht zu sehen) befe­ stigt. Über dem Vorderrad 2 ist auf der Grundplatte 1 ein Elektromotor 3 zur Lenkung des Rades montiert. Ein Elek­ tromotor 5 neben den Hinterrädern 3 dient zu deren An­ trieb. Die Elektromotoren werden durch eine Batterie 6, vorzugsweise eine Autobatterie gespeist. Über der Grund­ platte ist eine Gehäuse 7, vorzugsweise ein 19-Zoll-Ge­ häuse angeordnet, in welchem sich die elektronische Schal­ tung befindet. Das Gehäuse ist zur leichteren Wartung der Schaltung kippbar montiert.

Am vorderen Ende des Gehäuses 7 ist der Empfänger 8 befe­ stigt. Er besteht aus einem Feld von Fotodioden, mit 10 Spalten von jeweils 15 Dioden, wobei auf jeder Seite der Fahrzeuglängsachse 5 Spalten angeordnet sind. Die Em­ pfangssignale der Fotodioden einer Spalte sind dabei je­ weils zu einem Ausgangssignal zusammengefaßt. Die Aus­ gangssignale der Spalten jeder Seite die von dem Laser­ strahl getroffen werden, werden aufaddiert. Durch den Vergleich der Ausgangssignale der beiden Seiten kann die Größe und die Richtung der Abweichung der Fahrtrichtung des Fahrzeuges von der Richtung des Führungstrahles fest­ gestellt werden. Die spaltenweise Auswertung kompensiert den veränderlichen Strahldurchmesser über die gesamte Weglänge. Das gesamte Feld der Fotodioden hat eine Größe von 10 cm×15 cm, wodurch Bodenunebenheiten von einigen Zentimetern einfach ausgeglichen werden. Die angegebenen Zahlenwerte stellen keine Beschränkung dar, sondern Richt­ werte für übliche Anwendungsfälle. Für besondere Anwen­ dungsfälle kann sowohl die Größe des Feldes als auch die Dichte der angeordneten Fotodioden erhöht oder vermindert werden.

An der Spitze des Fahrzeuges ist eine Ultraschall-Sende- Empfangseinrichtung 9 zur berührungslosen Erkennung von Hindernissen angebracht.

Am Heck des Fahrzeuges ist eine Markiereinrichtung be­ festigt, die in Fig. 2 dargestellt ist. Auf der Oberseite einer Grundplatte 10 ist der Farbbehälter 11 angebracht. Vom Farbbehälter 11 gelangt die Farbe in den Farbkanal 12 bis zu einem Ventil, das durch den Elektromotor 13 betrie­ ben wird und den Farbfluß reguliert. Bei geöffnetem Ventil tropft die Farbe auf das Markierrad 14 und wird auf die Grundfläche gerollt. Um die Reinigung zu erleichtern, kann der Motor 13 durch Lösen der Rändelschraube 15 entfernt werden.

Die Grundplatte 10 ist fest mit der Montageplatte 20 ver­ bunden, die mittels zweier Rändelschrauben 16 auf eine zweite Montageplatte 17 aufschraubbar ist. Beide Montag­ eplatten 17 und 20 sind um eine Achse 18 drehbar am Fahr­ zeug befestigt. Mit Hilfe des Exzenters 19 kann die Mon­ tageplatte 17 und die damit die gesamte Markiervorrichtung angehoben und abgesenkt werden. Während die Farbe auf die Grundfläche aufgetragen wird, berührt der Exzenter 19 die Montageplatte 17 nicht. Dadurch kann das Markierrad, das durch das Eigengewicht der Markiereinrichtung auf die Grundfläche gedrückt wird, Unebenheiten der Fläche folgen. Durch Drehen des Exzenters wird die Markiereinrichtung mit dem Markierrad 14 von der Grundfläche abgehoben. Die Elek­ tromotoren für den Antrieb des Exzenters 19 und des Ven­ tils werden von der elektronischen Schaltung gesteuert.

Die in Fig. 3 dargestellte Haltevorrichtung für das La­ sersystem ist als Laborwagen 25 ausgebildet. Der Laser 26 mit dem Aufweitungssystem 27 für den Laserstrahl ist auf dem Justierkopf 28 angebracht, der um eine horizontale und eine vertikale Achse schwenkbar ist. Für die Drehbewegung in den beiden Richtungen sind Elektromotoren vorgesehen, die mit Hilfe der Funkfernsteuerung 31 betrieben werden. In dem Laborwagen 25 sind Bedienungskonsolen 29 sowie ein Elektronikgehäuse und ein Ladegerät für die Fahrzeugbat­ terie angebracht. Um das Fahrzeug vor dem Betrieb in die erforderliche Ausgangslage zu bringen, sind auf dem Labor­ wagen 25 Justiereinrichtungen 30 montiert.

Vor dem Betrieb der Vorrichtung wird durch Markieren eines Start- und eines Endpunktes auf der Grundfläche eine Gera­ de definiert, auf der eine Linie gezogen werden soll. Über den Startpunkt wird eine Grundplatte gelegt, die zur Ju­ stierung eine zentrale Aussparung mit einem Fadenkreuz aufweist. Auf der Grundplatte sind Führungsleisten ange­ ordnet, die den Laborwagen 25 aufnehmen. Mit Hilfe einer Hebevorrichtung wird der Laborwagen angehoben und fixiert. Dadurch ist gewährleistet, daß der Drehpunkt des Justier­ kopfes für den Laser genau über dem Startpunkt liegt.

Über den Endpunkt wird eine Justierplatte 35 (ca. 70 cm× 30 cm) aufgestellt, die in Fig. 4 dargestellt ist. Die Bedienungsperson steht neben der Justierplatte 35 und richtet mit Hilfe der Funkfernsteuerung 31 den Laser so aus, daß der Laserstrahl das Zentrum der Skala 36 der Justierplatte trifft.

Das Fahrzeug wird an die Justiereinrichtung 30 des Labor­ wagens 25 angedockt und damit in die Ausgangslage ge­ bracht. Nach dem Start der Vorrichtung entfernt sich das Fahrzeug von dem Laborwagen 25 und trägt gemäß dem einge­ stellten Programm mit Hilfe der Ventilsteuerung die ge­ wünschte Markierung auf die Grundfläche auf.

Besonders wirtschaftlich werden zwei Vorrichtungen zur Markierung einer Grundfläche eingesetzt, wobei die Fahr­ zeuge in entgegengesetzter Richtung fahren. Dann kann der Laser der zweiten Vorrichtung justiert werden, während das erste Fahrzeug gerade fährt. Da nach den ersten Markier­ vorgang die Positionen der Fahrzeuge vertauscht sind, wird anschließend das zweite Fahrzeug mit dem Laser der ersten Vorrichtung gesteuert.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Markieren von Grundflächen mit einem Fahrzeug an dem eine Markiereinrichtung mit einer Steuer­ einheit angebracht ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale,

• - die Vorrichtung weist ein Lasersystem auf, das einen Führungsstrahl längs einer vorgebbaren Geraden erzeugt,
• - das Fahrzeug besitzt einen Eigenantrieb und eine Lenk­ einrichtung,
• - ein Empfänger, der auf dem Fahrzeug angebracht ist, erfaßt die Position des Fahrzeuges in einer Ebene senk­ recht zum Führungsstrahl,
• - eine Streckenmeßeinrichtung auf dem Fahrzeug ermittelt die längs des Fahrstrahls zurückgelegte Strecke,
• - eine elektronische Schaltung auf dem Fahrzeug nimmt das Empfängersignal und das Signal der Streckenmeßeinrichtung auf, und steuert das Fahrzeug derart, daß die Fahrtrich­ tung des Fahrzeuges relativ zur Laserstrahlrichtung konstant bleibt, und die Markiereinrichtung derart, daß entsprechend einem vorgebbaren Markierprogramm, in Abhän­ gigkeit von der zurückgelegten Strecke, Markierungen auf die Grundfläche aufgebracht werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasersystem justierbar auf einer feststehenden Halteeinrichtung montiert ist und der Führungsstrahl mit Hilfe einer Justierplatte mit einer Skala entlang der vorgebbaren Gerade justiert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug ein mit Hilfe eines ersten Elektromotors lenkbares Vorderrad und zwei durch einen zweiten Elektromotor über eine Achse angetriebene Hinterräder besitzt, und daß die Streckenmeßeinrichtung als eine auf der Achse befestigte Scheibe ausgebildet ist, die pro Achsumdrehung eine vorgebbare Zahl von Impulsen auslöst.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger links und rechts von der Fahrzeuglängsachse Sensoren zur Messung des Laser­ strahls aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensoren links und rechts von der Fahrzeuglängsachse Fotodioden verwendet werden, die in mehreren Spalten untereinander angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorderseite des Fahr­ zeuges eine Ultraschall-Sende-Empfangsvorrichtung ange­ bracht ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Markiereinrichtung aus einer Montageplatte, einem Farbbehälter, einem Farbkanal mit einem Ventil und einem Markierrad besteht, das Ventil mittels der Steuereinrichtung gesteuert wird und die Markiereinrichtung mit Hilfe eines Exzenters angehoben bzw. abgesenkt wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung für das Lasersystem als Laborwagen ausgebildet ist und einen Justierkopf für das Lasersystem, Bedienungskonsolen, ein Ladegerät und eine Justiereinrichtung für das Fahrzeug aufweist, und daß die Haltevorrichtung mittels einer Grundplatte exakt in die gewünschte Ausgangsposition gebracht werden kann.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Justierkopf des Laser­ systems je einen Elektromotor für die Drehung um eine horizontale bzw. eine vertikale Achse aufweist und daß zur Steuerung des Justierkopfes eine Funkfernsteuerung vorge­ sehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Laser ein Lichtchopper angebracht ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser auf dem Fahrzeug angebracht ist, und der Laserstrahl mit Hilfe eines Re­ flektors auf den Empfänger des Fahrzeuges gelenkt wird.

12. Verfahren zum Markieren von Grundflächen mit Hilfe einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte,

• - zum Festlegen der vorgebbaren Geraden werden ein Start- und ein Endpunkt auf der Grundfläche markiert,
• - über den Startpunkt wird mit Hilfe der Grundplatte die Halteeinrichtung positioniert,
• - über dem Endpunkt wird die Justierplatte aufgestellt,
• - mit Hilfe des Justierkopfes wird der Laser derart ju­ stiert, daß der Laserstrahl auf die Skala der Justierplatte trifft,
• - das Fahrzeug wird an die Justiereinrichtung der Halte­ vorrichtung angedockt,
• - nach dem Start der Vorrichtung entfernt sich das Fahr­ zeug von der Haltevorrichtung und gemäß einem vorgebbaren Programm wird mit Hilfe der Ventilsteuerung die gewünschte Markierung auf die Grundfläche aufgetragen.