DE9211555U1

DE9211555U1 - Vorrichtung zur automatischen Vortriebsvermessung bei Maschinenvortrieben

Info

Publication number: DE9211555U1
Application number: DE9211555U
Authority: DE
Original assignee: Eberle Hubert Dipl-Ing 8032 Graefelfing De; Gruebl Fritz Dipl-Ing 8000 Muenchen De; Schuetz Wilhelm Dipl-Ing 8133 Feldafing De
Current assignee: Eberle Hubert Dipl-Ing 8032 Graefelfing De; Gruebl Fritz Dipl-Ing 8000 Muenchen De; Schuetz Wilhelm Dipl-Ing 8133 Feldafing De
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1992-07-16
Publication date: 1993-01-07
Anticipated expiration: 2002-07-17

Description

PATENTANWALT

DIETRICHLEWALD

PIENZENAUERSTR.2 8MÜNCHEN80 Tel.(089)9829835 Fax9827287

PSP Phillip, Schütz u. Partner

(BGB-Gesellschaft der Herren Schütz, Eberle, Grübl)

Wagmüllerstraße 16, 8000 München 22

Vorrichtung zur automatischen Vortriebsvermessuna bei Maschinenvortrieben

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Vortriebsvermessung bei Maschinenvortrieben.

Solche Vorrichtungen arbeiteten bisher mit Zieltafeln und Laserstrahlgeräten .

Laserstrahlgeräte, die auf Zieltafeln in der Vortriebsmaschine auf treffen, sind seit langer Zeit im Einsatz. Das Ablesen und Eingeben der Koordinaten des Auftreffpunktes durch den Baustellenvermesser ist jedoch aufwendig und fehleranfällig. Die Verfahren der elektrooptischen Ermittlung des Laserauftreffpunktes und die Einmessung mehrerer Reflektoren in der Vortriebsmaschine durch motorgesteuerte Theodolithe sind störanfällig und teuer.

Man arbeitete bisher auch mit umständlicher und wenig aussagekräftiger Lasertechnik mit zwei Zieltafeln mit Loch: Der Laserstrahl mußte durchgehen. Ging er nicht durch, war eine Verschiebung des gesamten Systems notwenig.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde mit weniger qualifiziertem Personal schneller bessere und aussagekräftigere Ergebnisse zu erhalten.

Erreicht wird dies überraschend durch eine im ausgebauten Tunnel oder im Startschacht hinter der Vortriebsmaschine fest installierte Aufnahmeeinrichtung, insbesondere Videokamera und zwei ihr zugeordnete Leuchtkästen in der Vortriebsmaschine sowie durch einen die von der Kamera aufgenommenen Leuchtzeichen auswertenden elektronischen Rechner.

Diese Technik hat sich im Versuch mit elektronischen Bilderkennungs- und Auswertungsgeräten bewährt, so daß sie der Öffentlichkeit angeboten werden kann. Alles was notwendig ist: In der Vortriebsmaschine sind lediglich zwei Leuchtkästen installiert, die jeweils ein aus mehreren Leuchtdioden gebildetes markantes Zeichen in Richtung der Aufnahmeeinrichtung, insbesondere Kamera ausstrahlen. Vorteilhaft ist ebenfalls, daß die Dioden nur wenig Strom verbrauchen und gegen Erschütterungen und mechanische Beschädigungen unempfindlich sind. Beim Ausfall von mehreren Einzeldioden oder wenn die Kamera nur noch einen Teil der Zeichen empfangen kann, erfolgt eine automatische Warnung.

Die im Tunnel installierte Kamera empfängt ein Bild, in dem sämtliche Leuchtzeichen enthalten sind und sendet dieses ständig an einen elektronischen Rechner mit Bildverarbeitungsanlage. Diese erkennt die einzelnen Zeichen an ihrer Form und errechnet mehrmals pro Sekunde die vertikalen und horizontalen Positionen der einzelnen Leuchtzeichenbezugspunkte.

In einem weiteren Schritt können diese Koordinaten zueinander in bezug gesetzt werden und mit Hilfe der konventionell eingemessenen und abgespeicherten Positionsangaben der Kamera und des Kontrollzeichens wird dann die aktuelle Position und die Richtung der Vortriebsmaschine ermittelt.

Die hohe Geschwindigkeit des Rechensystems ermöglicht eine Aktualisierung der Maschinenposition mehrmals in der Sekunde. Durch die elektronischen Filter (Mittelwertbildung aus mehreren Messungen) kann das optische Flimmern fast vollständig

eliminiert werden, so daß die Position mit hoher Präzision (auf + 1 mm) angegeben werden kann.

In an sich bekannter Weise wird die ermittelte Position der Vortriebsmaschine sofort am Bildschirm graphisch dargestellt. Zusätzlich wird die Sollposition in einer angebenen Farbe angezeigt, die horizontale und vertikale Abweichung der SoIlvon der Istposition numerisch ausgegeben und sämtliche Meß- und Rechenwerte in einer Datenbank abgespeichert; die Kombination zusammen mit der graphischen Darstellung ist ebenfalls neu.

Vorzugsweise sind die Leuchtkästen von einer Bauart derart, daß sie ein definiertes Zeichen in Richtung der Kamera abgeben.

Der Rechner ist so ausgebildet, daß er die Position in Richtung der Vortriebsmaschine relativ zur Kameraposition errechnen kann.

Vorzugsweise ist ein zusätzliches Leuchtzeichen zwischen Kamera und Vortriebsmaschine vorgesehen, um ständig den Richtungswinkel der Kamera zu überwachen und zu korrigieren.

Die Punkte der Leuchtdioden sollen nicht deckungsgleich sein.

Die Aufhängung der Kamera ist mit diesem Verfahren nicht mehr so kritisch.

Von großem Vorteil ist, daß die Reflektoren in der Vortriebsmaschine und nicht mehr an der Auskleidung aufgehängt werden.

Durch die Maßnahmen nach der Erfindung kann beispielsweise der Referenzpunkt für den Kamerarichtungswinkel 20 Meter von der Kamera entfernt sein. Diese lange Basis schafft die Grundlage für eine extreme Genauigkeit, wenn der Punkt eben 20 Meter oder weiter im Tunnel liegt, wobei eben die sehr genaue Basis

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ein Garant für sehr genaue Winkel ist.

Die XYZ-Koordinaten der Kamera werden also in ihrer Position eingemessen. Es braucht dann nur noch die Referenztafel (Leuchtzeichen für den Richtungswinkel) eingemessen werden. Die Kamera kann dann von Hand so eingestellt werden, daß die drei Leuchtzeichen (die beiden Leuchtkästen in der Vortriebsmaschine und das Leuchtzeichen im Tunnel bzw. Ausbau sich innerhalb des Bildes befinden). Die Kamera erkennt beispielsweise beim ersten Leuchtkasten V = 40 h = 10 und beim zweiten Leuchtkasten V = 10 h = 15 und die Bilderfassung kann 40 mal pro Sekunde erfolgen. Bei Aufsummieren über 5 Sekunden gleicht der Mittelwert die Fehler aus. So wird also die Richtung der Kameraachse über die lange Basiskamera - Leuchtzeichen (am anderen Ende des Typingausbaus) ermittelt.

Vorzugsweise sind die beiden Leuchtkästen so ausgebildet, daß sie jeweils ein aus mehreren Leuchtdioden gebildetes markantes Zeichen in Richtung der Kamera ausstrahlen.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung soltennun mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden in der

Figur 1 eine solche Vorrichtung zur automatischen Vortriebsvermessung mit Maschinenvortrieb ·
Figur 2 zeigt einVideobild, wie es die Vorrichtung liefert.

Figur 1 zeigt auf der linken Seite einen Ausbau, beispielsweise Tüb&ingausbau 8, auf der rechten Seite die Vortriebsmaschine 7.

Innerhalb des Ausbaus liegt eine Aufnahmeeinrichtung, beispielsweise Videokamera 1 und (in Richtung auf die Vortriebsmaschine gesehen vor ihr, beispielsweise auf einer Distanz von 2 0 Metern) ein weiter unten zu erwähnendes Leuchtzeichen. Die Kamera ist mit einem Rechner 5 mit Bildverarbeitungssystem verbunden. Die Videokamera 1 ist hinter der Maschine im ausge-

bauten Tunnel 8 oder im Startschacht fest installiert. Zwei Leuchtenkästen 2 und 3 sind in der Vortriebsmaschine 4 (unter Abstand und nicht deckungsgleich bezogen auf die Richtung zur Kamera) angeordnet. Der elektronische Rechner 5 wertet die von der Kamera 1 aufgenommenen Leuchtzeichen aus und ermittelt daraus die Position &rgr; und die Richtung der Vortriebsmaschine relativ zur Kameraposition durch Errechnen. Die Richtungswinkel der Kamera werden durch das Leuchtzeichen 6 zwischen Kamera und Vortriebsmaschine ständig überwacht und korrigiert.

Da keine mechanischen Teile eingebaut werden und die Richtung der Kameraachse über eine längere Basis ermittelt wird, ist die Vorrichtung gegen die rauhen Umweltbedingungen und Erschütterungen im Tunnel unempfindlich.

Die Leuchtkästen 2 und 3 in der Vortriebsmaschine 7 sind in unterschiedlicher Lage und mit einem gegenseitigen Abstand von mindestens einem Meter in die Maschinenlängsrichtung fest am Maschinenkörper installiert und zur Achse eingemessen. Die guten Ergebnisse sind u.a. darauf zurückzuführen, daß die Reflektoren nicht mehr wie bisher an der Auskleidung befestigt sind.

Das aufgenommene Videobild gibt ständig die beiden Leuchtkästen 2, 3 der Maschine in ihrer Lage zur Bildachse 9 und zum Leuchtzeichen 6 wieder, was man aus Figur 2 gut erkennt. Durch das Bilderkennungsprogramm werden die Positionen am Bildschirm ermittelt und über ein elektronisches Rechenprogramm wird die räumliche Position und es werden die Richtungswinkel der Maschine berechnet und mit den vor Beginn der Vortriebsarbeiten eingegebenen Sollpositionen verglichen.

Vom Wirtschaftlichen her ergeben sich beachtliche Vorteile. Der bisher erforderliche Motortheodolith, der in jeder Kamera gebunden war, kostete beispielsweise DM 100.00,—.

Das Aufnahmegerät, insbesondere Videokamera, nach der Erfin-

dung kann bereits zu etwa DM 2 0.000,— zur Verfügung gestellt werden.

Claims

P 2739 Lw/Lu 1 Ansprüche

1. Vorrichtung zur automatischen Vortriebsvermessung bei Maschinenvortrieben, gekennzeichnet durch eine im ausgebauten Tunnel (8) oder im Startschacht hinter der Vortriebsmaschine (7) fest installierte Aufnahmeeinrichtung, insbesondere Videokamera (1), sowie zwei ihr zugeordnete Leuchtkästen (2; 3) in der Vortriebsmaschine (4) und durch einen die von der Kamera aufgenommenen Leuchtzeichen auswertenden elektronischen Rechner (5).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtkästen (2; 3) von einer Bauart derart sind, daß sie ein definiertes Zeichen in Richtung der Kamera abgeben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner die Position (p) und Richtung der Vortriebsmaschine relativ zur Kameraposition errechnet.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zusätzliches Leuchtzeichen (6) zwischen Kamera (1) und Vortriebsmaschine (7) zum ständigen Überwachen und Korrigieren der Richtungswinkel der Kamera.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Kameraachse über die lange Basiskamera (1) - Leuchtzeichen (1; 6) am anderen Ende des Typingausbaus ermittelbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtkästen (2; 3) in der Vortriebsmaschine in unterschiedlicher Lage und mit einem Mindestabstand von einem Meter zueinander in Maschinen-

längsrichtung fest am Maschinenkörper installiert und zur Achse eingemessen sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Rechner die räumliche Position und die Richtungswinkel der Maschine berechnet und mit den vor Beginn der V ortriebsarbeiten
eingegebenen Sollpositionen vergleicht.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leuchtkästen (2; 3) so ausgebildet sind, daß sie über ein aus jeweils mehreren Leuchtdioden gebildetes markantes Zeichen in Richtung der Kamera abstrahlen.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Rechner (5) ein Bildverarbeitungssystem umfaßt, wobei das mit dem Rechner verbundene Bildverarbeitungssystem die benötigten neuen Vertikalkoordinaten (v) und Horizontalkoordinaten (h) liefert.