DE69403255T2

DE69403255T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Vortriebschilds

Info

Publication number: DE69403255T2
Application number: DE69403255T
Authority: DE
Inventors: Isao Fujimori; Akitaka Fujita; Mitsutoshi Hayashi; Shingo Nagashima
Original assignee: Iseki Kaihatsu Koki KK; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Iseki Kaihatsu Koki KK; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1994-02-25
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2014-02-26
Also published as: EP0617197A1; EP0617197B1; KR940021889A; KR100240889B1; JP2968904B2; US5501548A; DE69403255D1; JPH06272485A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Vortriebsrichtung eines in dem Rohrhebeverfahren verwendeten Vortriebsschilds und eine diesbezügliche Vorrichtung.

2. Beschreibung des bisherigen Stands der Technik

Das Halbvortriebsschildverfahren wird angewandt, um eine Leitung für Ab- oder Brauchwasser zu legen, wobei ein Vortriebsschild angebracht wird und das Vortriebsschild und die nach dem Vortriebsschild kommenden Hume Rohre durch eine Rohrhebevorrichtung angetrieben werden. In dem Halbvortriebsschildverfahren wird ein Laserstrahl auf dem kürzesten Weg entlang einer festgelegten Linie, an der eine Leitung gelegt werden soll, geschickt, wobei das Vortriebsschild und eine Vielzahl von Rohren von der Rohrhebevorrichtung entlang des Laserstrahls angetrieben werden, während gleichzeitig der Boden von dem Vortriebsschild ausgegraben wird.
Während des Antriebs des Vortriebsschilds wirken verschiedene Widerstände auf das Vortriebsschild ein. Dadurch passiert es, daß die Vortriebsrichtung des Vortriebsschilds von der festgelegten Linie abweicht. Um die Vortriebsrichtung des Vortriebsschilds zu steuern, wird das Vortriebsschild mit einer Zielscheibe ausgestattet, auf die der Laserstrahl projeziert wird; mit einer Fernsehkamera, die die Zielscheibe aufnimmt; und mit einem Zeiger, wobei das vordere Ende des Zeiters an einem Schneidkopf des Vortriebsschilds angebracht ist und das hintere Ende des Zeigers an der Oberfläche der Zielscheibe befestigt ist. So eine Vorrichtung ist bekannt durch EP-A-O, 466,348.
Ein auf die Zielscheibe projezierte Laserpunkt wird von der Fernsehkamera aufgenommen. Die Aufnahme des auf die Zielscheibe projezierten Laserpunktes wird auf eine Braunröhre projeziert und von einem Bediener beobachtet.
Wenn beobachtet wird, daß die abgebildete Richtung des Vortriebsschilds von der festgelegten Linie abweicht, dann wird eine Richtungssteuerungsvorrichtung, das heißt Heber, so gesteuert, daß der Schneidkopf gegen das Heckschild gedreht ist, wodurch die Richtung des Vortriebsschilds entsprechend der Bewegung des Zeigers, welche gleichzusetzen ist mit der Ausrichtung des Schneidkopfes und des Heckschildes, und einem Winkel zwischem dem Schneidkopf und dem Heckschild, verändert wird.
Die Zielscheibe wird auf einer bestimmten Stelle im Vortriebsschild befestigt. Das Vortriebsschild wird durch eine, in einem vertikalen Startschaft eingerichtete Rohrhebevorrichtung angetrieben, während der Laserstrahl von einer, in dem vertikalen Startschaft angebrachten Laserstrahlquelle zur Zielscheibe gesendet wird. Ein entlang der festgelegten Linie auf die Zielscheibe projezierter Laserstrahl wird zum Nullpunkt auf der Zielscheibe erklärt und wenn der Punkt auf der Zielscheibe während der Betätigung des Vortriebsschilds vom Nullpunkt abweicht, kann man anhand einer Ablichtung der Braunröhre erkennen, daß der Teil des Vortriebsschilds nur im Einklang mit der Position des auf die Zielscheibe projezierten Laserstrahlpunktes von der festgelegten Linie abweicht.
Es ist folglich schwierig, aufgrund der Beobachtung eines von einem Nullpunkt auf der Zielscheibe abweichenden Laserstrahlpunktes eine Kontrollgröße der Richtungskontrollvorrichtung zu bestimmen. Deshalb bedarf es derzeit der Fertigkeit und des Know-how eines Bedieners, um die Richtung des Vortriebsschilds zu steuern.
In letzter Zeit wurde ein Vortriebsschild entwickelt, wobei der Laserstrahl enlang einer festgesetzten Linie zu einer lichtdurchlässigen Zielscheibe geschickt wird und der durch die Zielscheibe dringende Laserstrahl dann von einem Reflektor reflektiert wird. Der vom Reflektor reflektierte Laserstrahl wird dann auf einen Bildschirm projeziert, und die fortgeschrittene Richtung des Vortriebsschilds kann durch das Beobachten eines auf die Zielscheibe und eines auf den Bildschirm projezierten Laserstrahlpunktes gesteuert werden. Im Vortriebsschild wird die Abweichung des auf den Bildschirm projezierten Laserstrahlpunktes von dem ursprünglich auf den Bildschirm projezierten Laserstrahlpunkt durch das Beobachten des Bildschirms während des Betriebs des Vortriebsschilds entdeckt und die Vortriebsrichtung des Vortriebsschilds entsprechend der festgestellten Abweichung des Laserstrahlpunktes gesteuert.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines effektiven und automatischen Verfahrens zur Steuerung der Vortriebsrichtung eines Vortriebsschilds.
Zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines Vortriebsschilds, das die automatische Einstellung der Vortriebsrichtung eines Vortriebsschilds ermöglicht.
Um das erste Ziel zu erreichen, benutzt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Richtungssteuerung des Vortriebsschilds, welches aus einem mit einem Schneidwerkzeug zur Bodenausgrabung ausgestatteten Schneidkopf und aus einem durch eine Richtungskontrollvorrichtung mit dem Schneidkopf verbundenen Heckschild besteht, wobei das Verfahren aus den folgenden Schritten besteht: Aussenden eines Lichtstrahls auf dem kürzesten Weg entlang einer festgelegten Linie, um eine Leitung zu legen; Projektion des Lichtstrahls auf eine auf dem Heckschild befindliche Zielscheibe und anschließende Reflektion des Lichtstrahls auf einen auf dem Schneidkopf fixierten Reflektor und Projektion des reflektierten Lichtstrahls auf einen auf dem Heckschild befestigten Bildschirm; Aufnahme der Zielscheibe und des Bildschirms durch eine Fernsehkamera; und, wenn während des Betriebs des Vortriebsschilds eine Abweichung des auf den Bildschirm projezierten Lichtstrahls von dem Nullpunkt beobachtet wird, Betätigung der Richtungssteuerungsvorrichtung, so daß der auf den Bildschirm projezierte Lichtstrahlpunkt wieder mit dem Nullpunkt übereinstimmt.
Um das zweite Ziel zu erreichen, verfügt die vorliegende Erfindung über eine Richtungssteuerungsvorrichtung, welche die folgenden Teile beinhaltet: einen mit einem Schneidwerkzeug zur Bodenausgrabung und einem Reflektor zur Reflektion des auf dem kürzesten Weg ausgesandten Lichtstrahls ausgestatteten Schneidkopf; ein durch eine Richtungssteuerungsvorrichtung mit dem Schneidkopf verbundenes Heckschild, welches ausgestattet ist mit einer lichtdurchlässigen Zielscheibe, auf die der Lichtstrahl projeziert wird, einem Bildschirm, auf den der von dem auf dem Schneidwerkzeug befestigten Reflektor reflektierte Lichtstrahl projeziert wird und einer Fernsehkamera zur Aufnahme der Zielscheibe und des Bildschirms; einen Bildprozessor zur Verarbeitung der von der Fernsehkamera gemachten Aufnahme, wodurch die Position des Punktes auf der Zielscheibe und dem Bildschirm bestimmt wird; ein Speicher, in dem die jeweils zu Beginn der Inbetriebnahme des Vortriebsschilds gemessenen Positionen der ursprünglich auf Zielscheibe und Bildschirm projezierten Punkte des Lichtstrahls gespeichert werden; einen Vergleichsmesser, mit dem die Position des während der Betriebnahme des Vortriebsschilds auf den Bildschirm projezierten Lichtstrahlpunktes mit der Position des ursprünglich auf den Bildschirm projezierten Lichtstrahlpunktes verglichen wird und durch den, bei Beobachtung einer Abweichung des derzeit auf den Bildschirm projezierten Lichtstrahlpunktes von dem ursprünglichen Lichtstrahlpunkt, ein Signal, das der Abweichung des Punktes vom Nullpunkt entspricht, erzeugt wird; einen Aktuator zur Betätigung der Richtungssteuerungsvorrichtung, wodurch die Richtungssteuerungsvorrichtung so betrieben wird, daß der derzeit auf den Bildschirm projezierte Lichtstrahlpunkt wieder mit dem Nullpunkt übereinstimmt.
Laut vorliegender Erfindung wird der zu Beginn der Inbetriebnahme des Vortriebsschilds auf kürzestem Weg gesandte Lichtstrahl, zum Beispiel Laserstrahl, als Nullpunkt auf dem Bildschirm definiert. Wenn das Vortriebsschild während des Betriebs von der festgelegten Linie abweicht, geht die Abweichung des Vortriebsschild mit dem vom Nullpunkt abweichenden auf den Bildschirm projezierten Laserstrahlpunkt einher. Deshalb kann, bei Beobachtung der Abweichung des auf den Bildschirm projezierten Lichtstrahlpunktes, die Vortriebsrichtung des Vortriebsschilds geändert werden, so daß der auf den Bildschirm projezierte Lichtstrahlpunkt wieder mit dem Nullpunkt übereinstimmt.
Bei Abweichung des Vortriebsschilds von der festgelegten Linie geht die Abweichung des Vortriebsschild einher mit den, jeweils von den Nullpunkten auf Zielscheibe und Bildschirm abweichenden, auf die Zielscheibe und den Bildschirm projezierten Lichtstrahlpunkten. Die Abweichrichtungen des auf die Zielscheibe projezierten Lichtstrahlpunktes und des auf den Bildschirm projezierten Lichtstrahlpunktes von den Nullpunkten sind entgegengesetzt zu der Abweichrichtung des Vortriebsschilds von der festgelegten Linie. Wenn nämlich das Vortriebsschild nach oben von der festgelegten Linie abweicht, wandern der auf die Zielscheibe projezierte Lichtstrahlpunkt und der auf den Bildschirm projezierte Lichtstrahlpunkt unterhalb der Nullpunkte auf Zielscheibe und Bildschirm. Wenn deshalb während des Antriebs des Vortriebsschilds der auf die Zielscheibe projezierte und der auf den Bildschirm projezierte Lichtstrahlpunkt jeweils von ihren Nullpunkten auf Zielscheibe und Bildschirm abweichen, kann man erkennen, daß das betriebene Vortriebsschild von der festgelegten Linie abweicht.
Wenn der Schneidkopf gegen das Heckvortriebsschild gekehrt ist, ist der Reflektor in die gegengesetzte Richtung der Drehrichtung des gegen das Heckschild gedrehten Schneidkopfes geneigt, so daß der auf den Bildschirm projezierte Lichtstrahlpunkt wieder in Richtung des Nullpunktes auf dem Bildschirm bewegt wird. Wenn deshalb die Richtungssteuerungsvorrichtung so bedient wird, daß der auf den Bildschirm projezierte Lichtstrahlpunkt wieder mit dem Nullpunkt auf dem Bildschirm übereinstimmt, ist, entsprechend der Bedienung der Richtungssteuerungsvorrichtung, der Schneidkopf gegen das Heckschild gekehrt und das vordere Ende des Schneidkopfes in Richtung der festgelegten Linie gewandt.
Deshalb ist das Vortriebsschild so angelegt, daß es sich der festgelegten Linie nähert. Während das Vortriebsschild sich der festgelegten Linie nähert, wird auch der auf die Zielscheibe projezierte Lichtstrahlpunkt dem Nullpunkt auf der Zielscheibe angenähert. Deshalb wird die Richtungssteuerungsvorrichtung weiterhin so bedient, daß der auf den Bildschirm projezierte Lichtstrahlpunkt auch wieder mit dem Nullpunkt auf dem Bildschirm übereinstimmt. Wenn der Winkel zwischen Schneidkopf und Heckschild kleiner wird, nähert sich das Vortriebsschild langsam der festgelegten Linie. Durch eine Wiederholung des Vorganges kann die Vortriebsrichtung so geändert werden, daß sie an die festgelegte Linie herankommt.
Entsprechend oben genannter Richtungssteuerungsvorrichtung kann man, wenn es während des Betriebs des Vortriebsschildes zu einer Abweichung des Vortriebsschilds von der festgelegten Linie kommt, die Abweichung automatisch regulieren. Und zwar dadurch, daß der parallel zu der festgelegten Linie ausgesandte Laserstrahl auf die Zielscheibe projeziert und durch die Zielscheibe durchgeschickt wird und der durch die Zielscheibe gewanderte Laserstrahl vom Reflektor in Richtung Bildschirm reflektiert und auf den Bildschirm projeziert wird.
Dementsprechend können die Nullpunkte, das heißt der Nullpunkt auf der Zielscheibe und der Nullpunkt auf dem Bildschirm, mittels folgenden Verfahrens gespeichert werden: das Vortriebsschild wird auf der Rohrhebevorrichtung, in der die Achse des Schneidkopfes mit der Achse des Heckschilds übereinstimmt, befestigt, unter der Bedingung, daß der Laserstrahl auf die Zielscheibe und den Bildschirm projeziert wird, eine Aufnahme der Zielscheibe und des Bildschirms von der Fernsehkamera gemacht wird, die Aufnahme von dem Bildprozessor verarbeitet wird und die Positionen der auf die Zielscheibe und den Bildschirm projezierten Laserstrahlpunkte im Speicher gespeichert werden.
Während des Betriebs des Vortriebsschilds wird ständig eine Aufnahme von Zielscheibe und Bildschirm gemacht, und die gegenwärtige Position des projezierten Laserstrahlpunktes kann bestimmt werden durch die ständige Aufnahme und den, mittels Vergleichsmesser erstellten, Vergleich zwischen der festgestellten Position und dem Nullpunkt auf dem Bildschirm, so daß das Bestehen einer Abweichung des Laserstrahlpunktes von dem Nullpunkt, dessen Abweichrichtung und Abweichmenge bestimmt wird und ein der Abweichrichtung und Abweichmenge entsprechendes Signal gegeben werden kann.
Dann betätigt der Aktuator entsprechend des vom Vergleichsmesser ausgesandten Signals die Richtungssteuerungsvorrichtung und dreht somit den Schneidkopf gegen das Heckschild, so daß der gegenwärtig auf den Bilschirm projezierte Laserstrahlpunkt mit dem Nullpunkt auf dem Bildschirm übereinstimmt, wodurch dann das vordere Ende des Schneidkopfes so verstellt werden kann, daß es mit der festgelegten Linie übereinstimmt.
Dementsprechend wird, wenn der auf den Bildschirm projezierte Laserstrahlpunkt während des Betriebs des Vortriebsschilds vom Nullpunkt auf dem Bildschirm abweicht, die Richtungssteuerungsvorrichtung so betätigt, daß der auf den Bildschirm projezierte Laserstrahlpunkt mit dem Nullpunkt auf dem Bildschirm übereinstimmt, wodurch das Vortriebsschild sich entsprechend des Vortriebs an die festgelegte Linie annähert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen ist Abbildung 1 eine Schnittansicht von einem Vortriebsschild;
Abbildung 2 eine schematische Darstellung einer Richtungssteuerungsvorrichtung;
Abbildung 3 eine Blockdiagramm einer Steuerungsvorrichtung; und
Abbildung 4 eine schematische Darstellung zur Illustration der Aufnahme von Zielscheibe und Bildschirm.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Im Anschluß folgt eine Erklärung der Ausführung einer Richtungssteuerungsvorrichtung und einer Vorrichtung zur Richtungssteuerung bei einem Vortriebsschild.
Mit Bezug auf Abbildung 1 besteht das Vortriebsschild aus einem Schneidkopf 1, der am Kopf in Vortriebsrichtung (linke Seite in Abbildung 1), angebracht ist und einem Heckschild 2 (rechte Seite in Abbildung 1) das auf den Schneidkopf 1 folgt. Schneidkopf 1 ist durch zwei Heber 3a und 3b und eine Stange 4 mit dem Heckschild 2verbunden. Das vordere Ende des Heckschilds 2 ist mit dem hinteren Ende des Schneidkopfes 1 so verbunden, daß der Schneidkopf 1 gegen das Heckschild 2 gedreht werden kann, wobei entweder Heber 3a und 3b gleichzeitig oder jeweils nur Heber 3a oder 3b aktiviert werden.
Der Schneidkopf 1 besteht aus der Trennwand 1b, durch die der Innenteil des Schildvortriebs A in einen ersten Bereich am Boden und einen zweiten Bereich im Innenteil getrennt wird. Das Schneidwerkzeug zur Bodenausgrabung befindet sich im ersten Bereich. Motor zum Antrieb des am Schneidkopf 1 befestigten Schneidwerkzeugs 5 und Reflektor 7 befinden sich im zweiten Bereich im Innenteil. Reflektor 7 ist an einem Ende von Arm 7a befestigt, wobei dessen anderes Ende in einem bestimmten Abstand von Achse 1a des Schneidkopfes 1 an der Trennwand 1b festgemacht ist.
Schneidwerkzeug 5 verfügt über eine Vielzahl von Speichen 5a, an denen eine Vielzahl von Bits befestigt ist. Bezugspunkt 8, auf welchen Vortriebsschild A hingesteuert wird, befindet sich am vorderen Ende des Schneidwerkzeugs 5 auf der Achse 1a von dem Schneidkopf 1, wobei eine Entfernung zwischen Bezugspunkt 8 und Wendepunkt 1c, auf dem Schneidwerkzeug 5 gegen Heckschild 2 gedreht ist, mit einem bestimmten Betrag L festgesetzt wird. In der vorliegenden Ausführung wird ein auf dem kürzesten Weg verlaufender gerader Laserstrahl, der entlang einer festgelegten Linie gesandt wird, verwendet. Während des Vortriebs des Vortriebsschilds entlang der festgelegten Linie wird deshalb der Laserstrahl 9 entlang der Achse 2a des Heckschilds 2 geschickt.
Zielscheibe befindet sich innerhalb des Heckschilds 2 auf der Achse 2a des Heckschilds 2 und hinter dem Reflektor 7. Zielscheibe ist auf einer Strebe 11 festgemacht, die wiederum an einer Innenwand des Heckschilds 2 befestigt ist. Reflektor 7 befindet sich in einer Entfernung von Achse 2a des Heckschilds 2 innerhalb des Heckschilds 2. Um den Laserstrahl 9 zu dem Reflektor 7 zu senden, werden zwei Spiegel 12a, 12b zwischen Zielscheibe und Reflektor 7 angebracht.
Spiegel 12a, 12b werden aus Reflektoren gebildet, durch die der Laserstrahl vollständig reflektiert wird. Spiegel 12a ist auf der Achse 2a des Heckschilds 2 vor der Zielscheibe und in einem Winkel von 45 Grad zu der Achse 2a des Heckschilds befestigt. Spiegel 12b ist dem Spiegel 12a und dem Reflektor 7 gegengesetzt und befindet sich in einem Winkel von 45 Grad zu der Achse 2a von dem Heckschild 2 vor der Zielscheibe 10 zwischen Zielscheibe 10 und Reflektor 7.
Einwegspiegel befindet sich in einem Winkel von 45 Grad zu der Achse 2a des Heckschilds 2, zwischen den Spiegeln 12a, 12b. Bildschirm ist dem Einwegspiegel entgegengesetzt. Einwegspiegel sendet Laserstrahl 9, der zu Reflektor 7 wandert, und das vom Reflektor 7 reflektierte Licht wird zu dem an Zielscheibe 10 angrenzenden und an Strebe befestigten Bildschirm 14 geschickt.
In der oben angeführten Anordnung ist die Größe, die sich zusammensetzt aus der Entfernung zwischen Reflektor 7 und Spiegel 12b und der Entfernung zwischen Einwegspiegel und Bildschirm 14, mit mindestens ½ der Länge L zwischen dem Bezugspunkt auf dem Schneidkopf 1 und dem Wendepunkt 1c festgesetzt.
Fernsehkamera zur Aufnahme von Zielscheibe und Bildschirm befindet sich in einer bestimmten Position auf dem Heckschild 2. Fernsehkamera 15 macht zur gleichen Zeit Aufnahmen von Zielscheibe und Bildschirm 14, und Bildempänger (später angeführt) liest die Aufnahme ab.
Richtungssteuerungsvorrichtung zur Steuerung der Vortriebsrichtung des Vortriebsschilds A mittels einer Drehung des Schneidkopfes 1 gegen das Heckschild 2, nach Abbildung 2, umfaßt zwei Heber 3a, 3b und eine Stange 4, die in einem Abstand um das Vortriebsschild A angeordnet sind. Heber 3a und 3b bestehen aus hydraulischen Zylindern. Stange 4 wird durch eine Nadel und ähnliches (nicht abgebildet) mit Schneidkopf 1 und durch eine Nadel und ein Kreuzgelenk mit Heckschild 2 verbunden.
Dementsprechend ist es möglich, den Schneidkopf 1 in einem gewünschten Winkel zwischen Schneidkopf 1 und Heckschild 2 gegen das Heckschild 2 zu drehen, indem man Heber 3a und/oder Heber 3b durch die Zufuhr einer gewünschten Menge an Hydrauliköl zu Heber 3a und/oder Heber 3b erweitert und verkürzt. Während Schneidkopf 1 sich gegen das Heckschild 2 dreht, bewegt sich der Bezugspunkt in einem Kreis mit einem Radius, der die Entfernung L zwischen Bezugspunkt und Wendepunkt 1c ausmacht, um den Wendepunkt 1c, der auf der Achse 1a des Schneidkopfes 1 befestigt ist.
Betätigungsvorrichtung zur Betätigung der Heber 3a, 3b beinhaltet ein Hydraulikaggregat zur Produktion von Hydrauliköl, wobei das Hydraulikaggregat einen festgesetztem Druck und hydraulische Leitungen hat, die der Steuerung der gewünschten Menge Hydrauliköl, welches zu den gewünschten Bereichen von Heber 3a und Heber 3b geliefert wird, dienen, wobei die Hydraulikleitungen konventionelle hydraulische Leitungen sind, die aus einem Richtungstrennventil (nicht abgebildet), Servoventil, Entlastungsventil und anderen bestehen.
Anschließend wird, in bezug auf Abbildung 3, eine Steuerungsvorrichtung des Vortriebsschilds A erklärt.
Fernsehkamera 15 ist mit Bildempfänger verbunden. Bildempfänger 21 besteht aus einem Bildempfangsteil, das wie ein konventioneller Fernsehbildempfänger gebaut ist und einem Farbtrennteil, um eine bestimmte Farbe abzutrennen, wobei die Aufnahme von Zielscheibe und Bildschirm 14 in dem Bildempfangsteil abgelichtet wird, während ein Farbsignal, zum Beispiel ein R Signal, wenn die Farbe des Laserstrahls rot ist oder ein G Signal, wenn die Farbe des Laserstrahls grün ist von der Bildinformation (im weiteren als "Laserpunkt" bezeichnet) 10a, 14a des auf Zielscheibe und Bildschirm 14 projezierten Laserstrahls, welcher dann an den Bildprozessor 22 gesendet wird, getrennt ist.
Im Bildprozessor 22, der ein konventioneller Bildprozessor ist, werden Koordinaten des Farbsignals, zum Beispiel ein von Bildempfänger 21 gesandtes R Signal, verarbeitet. Bildprozessor 22 ist verbunden mit einer Bildverarbeitungssteuerungsvorrichtung 23 inklusive Speicher und Kontrolleitung und anderem, wobei die Koordinatendaten der ursprünglich projezierten Punkte, das heißt Koordinatendaten der Nullpunkte auf Zielscheibe 0 und Bildschirm 0, die durch die Information der Aufnahmen (Abbildung 4) von Zielscheibe 10 und Bildschirm 14 gewonnen werden, bei Inbetriebnahme des Vortriebsschilds, in der Bildverarbeitungsvorrichtung 23 gespeichert werden, und Koordinatendaten der Nullpunkte auf Zielscheibe 0 und Bildschirm 0, welche gespeichert werden während das Vortriebsschild A in Betrieb ist, von der Bildverarbeitungsvorrichtung 23 zu dem Vergleichsmesser 24 geliefert werden.
Weiterhin werden nach Inbetriebnahme des Vortriebsschilds A periodisch Haltesignale und Umschaltsignale von der Bildverarbeitungsvorrichtung 23 zu dem Bildprozessor 22 übermittelt. Die Information der Aufnahmen von Zielscheibe 10 und Bildschirm14 wird, entsprechend der Übermittlung der jeweiligen Signale, geändert und gespeichert, und Koordinatendaten der Laserpunkte 10a, 14a werden während des Betriebs des Vortriebsschilds mittels der gespeicherten Aufnahme errechnet, und die errechneten Daten werden an den Vergleichsmesser 24 weitergeleitet.
Koordinatendaten der Nullpunkte auf Zielscheibe 0 und Bildschirm 0 werden von der Verarbeitungskontrollvorrichtung 23 zu dem Vergleichsmesser 24 weitergeleitet, und Koordinatendaten der Laserpunkte 10a, 14a werden während des Betriebs des Vortriebsschilds A von dem Bildprozessor 22 zu dem Vergleichsmesser 24 gesandt, wo die jeweiligen Daten dann miteinander verglichen werden; dadurch werden Richtung und Menge der Abweichung der Laserpunkte 10a, 14a von den Nullpunkten bestimmt, so daß man erkennen kann, ob das Vortriebsschild von der festgelegten Linie (Laserstrahl 9) abweicht oder nicht. Wenn beobachtet wird, daß die Laserpunkte 10a, 14a über eine bestimmte Entfernung oder darüberhinaus von den Nullpunkten auf Zielscheibe 0 und Bildschirm 0 abweichen, wird ein der Abweichung der Laserpunkte 10a und 14a entsprechendes Bedienungssignal erzeugt und durch die Schnittstelle 25 an den Aktuator 26 weitergeleitet.
Das vom Vergleichsmesser erzeugte Bedienungssignal ist ein Signal zum Drehen des Schneidkopfes 1 gegen das Heckschild 2, so daß der Laserpunkt 14a auf dem Bildschirm 14 wieder mit dem Nullpunkt auf dem Bildschirm 0 übereinstimmt, und ein Signal zur Auswahl der Bereiche von Heber 3a und/oder Heber 3b und zur Bestimmung der Menge an Hydrauliköl, die zu den ausgesuchten Bereichen geschickt werden soll.
Im Aktuator 26 wird eine hydraulische Leitung (nicht abgebildet) entsprechend des gesandten Bedienungssignals betätigt, wodurch eine bestimmte Menge an Hydrauliköl an die Heber 3a, 3b geliefert wird, so daß Heber 3a, 3b hinsichtlich des Heckschilds 2 bewegt werden. Ein geneigter Winkel des Reflektors 7 wird entsprechend der Bewegung des Schneidkopfes 1 gegen das Heckschild 2 verändert. Der Laserstrahl 9 wird mit einem Winkel, der zweimal der Winkeländerung von Reflektor 7 entspricht, auf den Reflektor 7 reflektiert und durch den Spiegel 12b und den Einwegspiegel auf den Bildschirm 14 projeziert. Mit der Bewegung des Schneidkopfes gegen das Heckschild 2, nähert sich der Laserpunkt 14a dem Nullpunkt auf dem Bildschirm 0.
Anschließend wird ein Verfahren zur Richtungssteuerung des oben erwähnten Vortriebsschilds A beschrieben. Zuerst wird ein Vortriebsschild A auf einer in einem vertikalen Startschaft fixierten Rohrhebevorrichtung (nicht abgebildet) entlang der festgelegten Linie befestigt. Dann wird der Laserstrahl 9 entlang einer festgelegten Linie von dem Ende des Vortriebsschilds A gesandt und auf Zielscheibe 10 und Bildschirm 14 projeziert. Die von der Fernsehkamera 15 gemachte Aufnahme wird vom Bildprozessor 22 verarbeitet, und die ursprünglich projezierten Punkte werden als Nullpunkt auf Zielscheibe 0 und Bildschirm 0 in der Bildverarbeitungssteuerungsvorrichtung 23 gespeichert.
Anschließend wird der Boden mit dem Schneidewerkzeug 5 ausgehoben, während das Vortriebsschild A von der Rohrhebevorrichtung angetrieben wird. Wenn das Vortriebsschild A während des Antriebs von der festgelegten Linie nach oben abweicht, wandert der Laserstrahl in bezug auf die Achse 2a des Heckschilds 2 nach unten, wie durch die gepunktete Linie in Abbildung 1 angezeigt wird, und der Laserpunkt 10a auf der Zielscheibe und der Laserpunkt 14a auf dem Bildschirm werden jeweils unterhalb der Nullpunkte auf Zielscheibe 0 und Bildschirm 0 bewegt. Die Abweichrichtung der Punkte 10a und 14a ist nämlich entgegengesetzt dem Richtungswechsel von der festgelegten Linie des Vortriebsschilds A.
Die Abweichung der Laserpunkte 10a, 14a von den Nullpunkten auf der Zielscheibe 0 und dem Bildschirm 0 auf Zielscheibe 10 und Bildschirm 14 wird in Intervallen von dem Bildprozessor 22, der Bildverarbeitungssteuerungsvorrichtung und dem Vergleichsmesser 24 überprüft. In der vorliegenden Ausführung wird das Bedienungssignal nicht sofort nach der Abweichung des Laserpunktes 14a auf dem Bildschirm 14 erzeugt. Eine gewisse Pufferzone wird zwischen der Abweichung des Laserpunktes 14a und der Erzeugung des Bedienungssignals eingeräumt. Wenn deshalb die Abweichung des Laserpunktes 14 vom Nullpunkt auf dem Bildschirm 0 innerhalb der Pufferzone liegt, wird das Bedienungssignal nicht erzeugt, so daß das Vortriebsschild A selbst bei einem Abweichen von der festgelegten Linie noch die Vortriebsrichtung beibehält.
Wenn die Abweichung des Laserpunkt 14a auf Bildschirm 14 von dem Bildschirm 0 außerhalb der Pufferzone liegt, wird ein Bedienungssignal vom Vergleichsmesser 24 zum Aktuator 26 gesandt, so daß die Heber 3a, 3b, entsprechend der Drehrichtung des Schneidkopfes 1 gegen das Heckschild 2, entweder gleichzeitig betätigt werden oder nur einer der Heber betätigt wird. Wenn nämlich das Vortriebsschild A nach oben von der festgelegten Linie abweicht, wird Hydrauliköl zu den Hebern 3a und 3b geliefert, so daß eine Stange des Hebers 3a nach vorne ausgestreckt wird, während eine Stange des Hebers 3b eingezogen wird.
Schneidkopf 1 wird entsprechend der Veränderung der Heber 3a, 3b nach unten in Richtung der festgelegten Linie gedreht. Während der Schneidkopf 1 gegen das Heckschild 2 gedreht ist, ist der Reflektor 7 nach oben geneigt. Deshalb wird der auf den Reflektor 7 reflektierte Laserstrahl 9 nach oben reflektiert und durch den Spiegel 12b und den Einwegspiegel 13 zu dem Bildschirm 14 geschickt, so daß der Laserpunkt 14a auf dem Bildschirm 14 sich an den Nullpunkt auf dem Bildschirm 0 annähert, während sich der Laserpunkt 10a auf der Zielscheibe 10 nicht ändert.
Wenn der Schneidkopf 1, entsprechend dem vom Vergleichsmesser 24 erzeugten Bedienungssignal, in dem Winkel zwischen Schneidkopf 1 und Heckschild 2 nach unten gegen das Heckschild 2 gedreht ist, ist der Reflektor 7 in einem Winkel von nach oben geneigt. Dementsprechend beträgt der Winkel zwischen dem auf Reflektor 7 projezierten Laserstrahl 9 und dem von dem Reflektor reflektierten Licht 2 . Da die Entfernung zwischen Reflektor 7 und Bildschirm 14 mit ½ des Drehradius L des Schneidkopfes 1 (eine Entfernung zwischen Bezugspunkt und Wendepunkt 1c) festgesetzt ist, kommt es zu einer Abweichung des Bezugspunkts 8, wenn der Schneidkopf makroskopisch gleich der Abweichung des Punktes 14a auf Bildschirm ist.
Wenn nämlich das Vortriebsschild A in der Entfernung d von der festgelegten Linie abweicht, wird jeweils der Laserpunkt 10a auf Zielscheibe 10 und der Laserpunkt 14a auf Bildschirm 14 in der Entfernung d von den Nullpunkten auf Zielscheibe 0 und Bildschirm 0 wegbewegt. Unter der Annahme, daß der Laserpunkt 14a auf Bildschirm 14 mit dem Nullpunkt auf Bildschirm 0 zusammenfällt wenn der Schneidkopf 1 in einem Winkel von gegen das Heckschild 2 gedreht ist, besteht die Gleichung d = L tan 2 /2. Da bei einem extrem kleinen Betrag tan 2 =2tan / (1-tan² ), könnte man berechtigerweise schließen, daß tan² = 0. Deshalb gilt auch tan 2 =2tan , und d=Ltan .
Der Bezugspunkt 8 wird in Richtung der festgelegten Linie mit Ltan bewegt, wobei der Schneidkopf 1 in einem Winkel von gegen das Heckschild 2 gedreht wird. Die abgewichene Entfernung Ltan stimmt mit der abgewichenen Entfernung des Vortriebsschilds A von der festgelegten Linie überein. Wenn deshalb der Laserpunkt 14a auf dem Bildschirm 14 mit dem Nullpunkt auf dem Bildschirm 0 übereinstimmt während der Schneidkopf 1 gegen das Heckschild 2 gedreht ist, fällt auch der Bezugspunkt des Schneidkopfes 1 mit der festgelegten Linie zusammen.
Wenn das Vortriebsschild A des mit einem beibehaltenen Winkel des gegen das Heckschild 2 gedrehten Schneidkopfes 1 vorangetrieben wird, kreuzt der Bezugspunkt 8 die festgelegte Linie, während das Vortriebsschild A sich der festgelegten Linie nähert. Mit der Annäherung des Vortriebsschilds A an die festgelegte Linie nähert sich der Strahlpunkt 10a auf der Zielscheibe dem Nullpunkt auf der Zielscheibe 0 und wird zur selben Zeit der Laserpunkt 14a auf Bildschirm 14 von dem Nullpunkt auf Bildschirm 0 ferngehalten.
In dem oben beschriebenen Verfahren wird die Bildverarbeitung der von der Fernsehkamera gemachten Aufnahmen fortgeführt und, sofern der Laserpunkt 14a auf dem Bildschirm sich innerhalb der Pufferzone befindet, das Bedienungssignal nicht vom Vergleichsmesser 24 zu dem Aktuator 26 weitergeleitet.
Wenn, wie oben erwähnt, das Vortriebsschild A von der festgelegten Linie abweicht, wird der Schneidkopf 1 so gegen das Heckschild 2 gedreht, daß der Laserpunkt 14a auf dem Bildschirm 14 mit dem Nullpunkt auf Bildschirm 0 übereinstimmt, wodurch auch der Bezugspunkt 8 mit der festgelegten Linie übereinstimmt, damit dann die Vortriebsrichtung des Vortriebsschilds A gesteuert werden kann.
Wie schon oben im Detail beschrieben, kann eine Abweichung des Vortriebsschilds A, entsprechend der vorliegenden Erfindung, durch das Beobachten der Abweichung des auf die Zielscheibe projezierten Laserpunktes bestimmt werden und die Vortriebsrichtung des Vortriebsschilds durch eine Richtungssteuerungsvorrichtung so gesteuert werden, daß der auf den Bildschirm projezierte Laserpunkt mit dem Nullpunkt auf dem Bildschirm übereinstimmt, wenn es zu einer Abweichung des Vortriebsschilds von der festgelegten Linie kommt.
Durch die Richtungskontrollvorrichtung des Vortriebsschilds wird, entsprechend der vorliegenden Erfindung, bei einer Abweichung des betriebenen Vortriebsschilds von der festgelegten Linie, von einer Fernsehkamera eine Aufnahme von einer Zielscheibe und einem Bildschirm gemacht und die von der Fernsehkamera gemachte Aufnahme von einem Bildprozessor verarbeitet und der Laserpunkt auf der Zielscheibe mit dem Nullpunkt auf dem Bildschirm verglichen, wodurch ein Bedienungssignal erzeugt wird, das den Laserpunkt auf dem Bildschirm wieder in Übereinstimmung mit dem Nullpunkt auf dem Bildschirm bringen soll und das Bedienungssignal zu einem Aktuator zur Betätigung der Richtungssteuerungsvorrichtung weitergeleitet, wodurch die Vortriebsrichtung des Vortriebsschilds automatisch gesteuert werden kann, so daß der Punkt auf dem Bildschirm mit dem Nullpunkt auf dem Bildschirm übereinstimmt.

Claims

1. Verfahren zur Richtungskontrolle eines Vortriebsschilds mit einem Schneidkopf (1), welcher mit einem Schneidwerkzeug zur Bodenausgrabung ausgestattet ist, und mit einem Heckschild, das durch eine Richtungskontrollvorrichtung (3a, 3b) mit dem Schneidkopf verbunden ist, bestehend aus den folgenden Schritten:

Aussendung eines Lichtstrahls auf dem kürzesten Weg entlang einer festgelegten Linie, um eine Leitung herzustellen;

Projektion des Lichtstrahls auf eine sich innerhalb des Heckschildes befindende Zielscheibe (10), anschließende Reflektion des Lichtstrahls auf einen Reflektor (7), der auf dem Schneidkopf angebracht ist und Projektion des reflektierten Lichtstrahls auf einen Bildschirm (14), der am Heckschild montiert ist;

Aufnahme von Zielscheibe und Bildschirm anhand einer Fernsehkamera (15); und,

wenn beobachtet wird, daß ein Punkt des auf den Bildschirm projezierten Lichtstrahls (14a) von dem ursprünglichen Punkt abweicht während das Vortriebsschild in Betrieb ist, Kontrolle der Richtungskontrollvorrichtung, so daß der auf den Bildschirm projezierte Lichtstrahl wieder mit dem ursprünglichen Punkt übereinstimmt.

2. Vorrichtung zur Richtungskontrolle eines Vortriebsschilds, bestehend aus:

einem Schneidkopf (1), ausgestattet mit einem Schneidwerkzeug zur Bodenausgrabung und einem Reflektor (7) zur Reflektion des auf dem kürzesten Weg ausgesandten Lichtstrahls;

einem Heckschild (2), das durch eine Richtungskontrollvorrichtung (3a, 3b) mit dem Schneidkopf verbunden ist und das mit einer Zielscheibe (10) ausgerüstet ist, auf die der Lichtstrahl projeziert werden soll und die den Lichtstrahl durchläßt, mit einem Bildschirm (14) zur Projektion des Lichstrahls, der von dem am Schneidewerkzeug angebrachten Reflektor reflektiert wird, und mit einer Fernsehkamera (15) zur Aufnahme von Zielscheibe und Bildschirm;

einem Bildprozessor (22) , um das von der Fernsehkamera aufgenommene Bild zu verarbeiten und so die Position des Lichtstrahlpunktes an der Zielscheibe (10a) und an dem Bildschirm (14a) herauszufinden;

einer Speichervorrichtung, in der die ursprüngliche, jeweils zu Beginn der Inbetriebnahme des Vortriebsschilds gemessene Position der auf die Zielscheibe und den Bildschirm projezierten Punkte des Lichtstrahls gespeichert wird;

einem Vergleichsmesser (24), mit dem die Position des während des Betriebs des Vortriebsschilds auf den Bildschirm projezierten Lichtstrahlpunktes mit der Position des ursprünglich auf den Bildschirm projezierten Lichtstrahlpunktes verglichen wird und der, sofern herausgefunden wird, daß der derzeit auf den Bildschirm projezierte Lichtstrahlpunkt von dem ursprünglichen Punkt abweicht, ein Signal hervorruft, das der Abweichung des derzeitigen Punktes von dem ursprünglichen Punkt entspricht;

einem Aktuator (26) zur Betätigung der Richtungskontrollvorrichtung, durch den die Richtungskontrollvorrichtung wirksam wird, so daß der derzeit auf den Bildschirm projezierte Lichtstrahlpunkt wieder mit dem ursprünglichen Punkt übereinstimmt.

3. Richtungskontrollvorrichtung nach Anspruch 2, in der der auf dem kürzesten Weg zu schickende Lichtstrahl ein Laserstrahl ist.

4. Richtungskontrollvorrichtung nach Anspuch 2, in der die Richtungskontrollvorrichtungen Hebevorrichtungen sind.