EP2395150A2 - Device and procedure to determine the position of a work device - Google Patents

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Publication number
EP2395150A2
EP2395150A2 EP20110004157 EP11004157A EP2395150A2 EP 2395150 A2 EP2395150 A2 EP 2395150A2 EP 20110004157 EP20110004157 EP 20110004157 EP 11004157 A EP11004157 A EP 11004157A EP 2395150 A2 EP2395150 A2 EP 2395150A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
light emitting
light beam
light receiving
implement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20110004157
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Otto W. Dr. Stenzel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wacker Neuson Produktion GmbH and Co KG
Original Assignee
Wacker Neuson SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Neuson SE filed Critical Wacker Neuson SE
Publication of EP2395150A2 publication Critical patent/EP2395150A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01CCONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/004Devices for guiding or controlling the machines along a predetermined path
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01CCONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/004Devices for guiding or controlling the machines along a predetermined path
    • E01C19/006Devices for guiding or controlling the machines along a predetermined path by laser or ultrasound

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for determining the current position of a working device, in particular a construction device, such as a working device. a vibration plate on a construction site.
  • the GPS system requires the reception of signals from multiple satellites. Therefore, it usually works only in largely open terrain with satisfactory accuracy.
  • Various aids can be used to improve the quality of the GPS systems and thus the accuracy of the position determined. This includes e.g. the additional evaluation of the Russian GLONASS satellites, the reduction of reusable effects by means of signal processing or the establishment of a phase-differential correction transmitter on a geodetically measured point.
  • Statistical methods can be used to further improve the measurements.
  • the repetition rate of the GPS signals is only one second. If the object to be determined during this time moves reproducibly or predictably, its position coordinates can be interpolated to determine the location of the object within this period of one second with sufficient accuracy.
  • From the DE 103 17 160 A1 is a system for automatically performing and monitoring a soil compaction using a vibrating plate known.
  • a central aspect of the system is that the current position of the soil compacting device is detected and adjusted with a predetermined path. In order to reliably drive over the soil area to be compacted at all points, it is essential that the current position of the soil compacting device can be determined with sufficient accuracy and as far as possible in real time. The accuracy achievable with GPS systems on moving objects of at most one to two meters is not sufficient, since the working width of a typical vibration plate is less than one meter.
  • the invention is therefore based on the object to provide an apparatus and a method for determining the position of a working device, with which the position can be determined with far greater accuracy than is possible with known systems.
  • a device for determining the position of a working device in a predetermined area has at least two light emitting devices which can be arranged separately from the working device and separately from one another at a known location for generating a respective light beam rotating about a vertical axis. Furthermore, a light receiving device which can be arranged on the working device for temporarily receiving the light beams and an evaluation device coupled to the light emitting devices and the light receiving device is provided for determining the current position of the light receiving device and thus of the working device on the basis of the known locations at which the light emitting devices are arranged, and due to the times at which the light receiving device receives the light beams from the light emitting devices, respectively.
  • At least two light emitting devices are provided separately from the implement.
  • the light-emitting devices can be arranged, for example, at the edge or else outside the predetermined area to be monitored. Your exact location should be determined with utmost precision, eg geodetic.
  • the light emitting devices each generate a rotating light beam that sweeps over at least the predetermined area in which the implement is to move during operation.
  • the provided on the implement light receiving device detects each of the reception of the light beam currently (briefly) on the implement and thus on the light receiving device.
  • the evaluation device can e.g. Determine the current location of the light receiving device and thus also of the implement with the help of the known triangulation.
  • the light emitting device and the light receiving device are reversed.
  • only one light emitting device is provided, which is however arranged on the working device and emits a light beam rotating about the vertical axis.
  • Separated from the implement and separated from each other at least two light receiving devices are provided at a known location, for example, at the edge of the given area, which can temporarily receive the light beam from the light emitting device.
  • the evaluation device is coupled to the light receiving devices and the light emitting device in order to analogously as in the variant described above, the current position of the light emitting device and thus of the implement due to the known locations and due to the times at which the light receiving devices each receive the light beam from the light emitting device receive, determine.
  • the evaluation device can be provided on the implement itself, but also spatially separated from the implement, wherein a data transmission device between the light receiving device (or in the alternative embodiment between the light receiving means) and the evaluation is provided for transmitting information parameters, the light receiving device upon receiving receives the respective light beam.
  • the evaluation device can also be coupled to the one light-emitting device or the plurality of light-emitting devices, as will be explained later.
  • the evaluation device thus receives the information which is necessary, e.g. Use the triangulation method to precisely determine the current position of the implement.
  • the evaluation device is also able, from the respective times at which the light receiving device receives a light signal, suitable angle -. in the horizontal plane - to determine on the basis of which the triangulation procedure can be carried out.
  • the angles may be defined in terms of an absolute coordinate system (e.g., earth coordinate system) or relative relative system of coordinates (e.g., equipment coordinate system or individual coordinate system for each light emitting device).
  • the information parameters that can be received by the light receiving device when the light beam strikes can be selected from the group light reception signal, time information or identifier.
  • a signal is generated at the moment when a light beam is currently received by the light receiving device.
  • the light beam is bright or strong enough, it is detected by the light receiving device, which then generates the light receiving signal.
  • the evaluation can thus determine exactly the time at which a light beam impinges on the light receiving device.
  • a signal can be transmitted which transmits time information, for example in an absolute time system, to the evaluation device.
  • time information for example in an absolute time system
  • the light receiving device contains its own timer with which the desired time information can be generated and then sent to the evaluation device.
  • the identifier may be that the light beam consists of a particular sequence of light rays (e.g., laser pulses). But it is also possible to emit light beams with different wavelengths, so that it can be determined due to the diversity of the wavelengths, from which light emitting device the respective light beam originates.
  • the light beam can be designed in the form of a spot beam or a vertical fan shape.
  • the light beam is spot beam shaped, it is necessary to provide a sufficiently large detection surface at the receiver to ensure that the light beam also strikes the light receiving device during each revolution. For this reason, it may be more appropriate to radiate the light beam vertically-fan-shaped to irradiate a sufficiently high space above the area to be traveled. If the light beam is fanned out as a vertical light band, it is sufficient if the receiver is punctiform.
  • the receiver In contrast, if the light beam is formed as a spot beam, then the receiver must have a vertical extension. If the location at which the light beam impinges on the receiver can be determined, it is also possible to generate height information about the relative height ratio between the light emitting device and the light receiving device.
  • the light emitting device may include a rotary laser device for generating the rotating light beam.
  • the circulating light beam can also be generated by one or more rotating light sources (laser, diode arrays), one or more circulating mirrors or one or more circulating lenses. It is also possible, one after the other circumferentially distributed light sources on and off, to produce each bundled light rays, which cause a circulating effect by clever switching on and off. This creates a seemingly continuously circulating jet.
  • the rotational frequency of the two light beams is the same in this variant.
  • the circulating frequencies can also be set differently, it being expedient to set the frequency or circulation time of a respective light beam to a prime number in order to create as few undefined states that can be caused by the simultaneous occurrence of two light beams on the light receiving device.
  • the light receiving device may comprise a reflector, a transponder and / or a receiver (e.g., a photodetector) for generating a signal representing the information parameter.
  • a receiver e.g., a photodetector
  • the light receiving device is constituted only by one or more reflectors (e.g., cat's eyes), another light receiving means must be provided on the light emitting device which receives the light beam reflected from the reflector and passes the necessary information to the evaluating device.
  • the light receiving device should consist of both the reflector and the spatially separated from the reflector provided actual photosensitive element. Since the reflector is arranged in this case on the working device, this arrangement is to be understood in the sense of claim 1 such that the light receiving device is arranged on the working device. In this case, it is not harmful that the light receiving device has other components (photosensitive element on, for example, the respective light emitting device) that are not disposed on the working device.
  • the light receiving device can also be formed by one or more transponders, which transmit a signal (information parameter) immediately after receiving a light beam.
  • This signal may optionally be provided with an identifier.
  • the signal can be transmitted in the form of a light pulse, but also as a radio or infrared signal to the evaluation.
  • one or two receivers may also be provided on the light receiving device, which detect the impact of the light beam and process it accordingly, as already described above.
  • Two light receiving devices may be provided on the working device, in which case the evaluation device may be designed to determine an alignment of the light receiving devices and thus of the working device over ground due to the light beams received by the two light receiving devices.
  • the evaluation device may be designed to determine an alignment of the light receiving devices and thus of the working device over ground due to the light beams received by the two light receiving devices.
  • two light emitting devices are thus provided which each strip a light beam over the area to be monitored to let.
  • the respective light beam is detected by the two light receiving devices. Due to the different time and angle information can be precisely determine the orientation of the two light receiving devices and thus also this bearing working device.
  • the alignment of the working device makes it possible to automatically generate more precise control commands, for example, in the case of automatic control of a vibration plate.
  • the light emitting devices and the evaluation are synchronized with each other.
  • the synchronization of the light emitting devices and the evaluation device and possibly also of the light receiving device is important to avoid the e.g. to be able to precisely determine the angle important for the triangulation method.
  • the definition of a reference system is usually required, e.g. the two light emitting devices can also relate to each other.
  • a so-called "zero angle" for the output of a synchronization signal e.g. a compass direction or an initially set angle are set.
  • the synchronization signal is generated by the light emitting device and transmitted to the evaluation device.
  • the passage of the light beam can be detected at another reference location and determined as a zero angle.
  • the evaluation device With the aid of the evaluation device, it is then possible to detect the angle which the light beam passes over between the zero angle and the irradiation of the light receiving device. Since in this way the angles of both light emitting devices are determined, can be - taking into account the known positions of the light emitting devices - the location of the light receiving device and thus determine the implement.
  • the above description of the synchronizer and the associated synchronizing method relates to an arrangement in which two light emitting devices irradiate a light receiving device.
  • a single light source light emitting device
  • a synchronization between the light emitting device and the evaluation device is also required in order to determine the respective angle can.
  • the synchronization of the transmitting devices is also possible because the light beam from a transmitting device impinges on the other transmitting device and is detected there. In this way, the axis extending between the two light emitting devices can be determined, so that later the angle of rotation of the rotating light beam can be tracked with respect to this axis.
  • three light-emitting devices or three light-receiving devices may be provided, which are arranged in the corner points of a triangle circumscribing at least part of the predetermined region, in particular of a right-angled triangle.
  • the installation of the two transmitting devices should not take place in such a way that the object to be detected passes over or approaches the connecting line, since then triangulation is not possible or positioning is only inaccurate becomes. If this is unavoidable, the third light emitting device will be appropriate.
  • the use of more than two light emitting devices also offers the advantage that shadowing by persons or objects in the interstitial space can be partially compensated.
  • the methods relate in each case to the mode of operation of the two different principle variants in which light is emitted either from the outside onto the implement or from the implement itself.
  • the determined by the evaluation device position of the implement can be used in various ways. It is thus possible to log and document the current position and thus the movement of the working device, in order, e.g. track and demonstrate the progress of compaction or compaction work at a later date. It is also possible to automatically guide and move the implement within the given area, thus overrunning the entire area. This is e.g. then advantageous if it is the implement to a vibrating plate for soil compaction, which is to drive over and compact a given area automatically.
  • Fig. 1 schematically shows a device for determining the position of a working device in a given area.
  • the implement is represented in this case by a vibrating plate 1, which is to be moved within a predetermined area 2 such that it gradually overruns the entire area of the area 2 and thus causes a uniform soil compaction.
  • the vibrating plate 1 can be moved, for example, with the direction of movement X in the area 2.
  • the vibrating plate 1 may be in a known manner e.g. have a two-wave vibration exciter. In addition, it should be steerable to allow shunting in the given area 2.
  • the position determining device is only used to record the path of movement of the vibrating plate 1, it can also be detected by an operator, e.g. be guided by means of a drawbar.
  • vibration plate 1 is steered by means of a remote control or by means of an automatic control.
  • a rotary laser 3 serving as a first light-emitting device and a rotary laser 4 also serving as a light-emitting device are arranged.
  • the two rotating lasers 3, 4 should stand in such a way to each other that it is excluded in any case that the vibrating plate 1 is a connecting line (line AB in Fig. 2 ) can drive over between the two rotary lasers 3, 4. This is achieved, for example, by arranging the two rotary lasers 3, 4 on one side of the predetermined area 2, as in FIG Fig. 1 shown.
  • Each of the rotary lasers 3, 4 generates a rotating laser or light beam 3a or 4a.
  • the light beams 3a, 4a are generated at least in such a way that they cover the entire predetermined area 2. That is, when the respective light emitting device 3, 4 radiates due to the rotation in a direction other than the predetermined region 2, the generation of the respective light beam 3a, 4a can be interrupted.
  • the two rotating lasers 3, 4 are shown as light-emitting devices.
  • the desired rotating light beams also with other technical measures, e.g. to be generated by means of rotating headlights, rotating mirrors, rotating light-emitting diode arrays or with circulating sequentially switched light sources.
  • the rotary lasers 3, 4 are positioned with the greatest possible accuracy at points that were previously measured precisely, eg by a geodesic. In this way, a clear reference of the later to be determined position data of the vibration plate 1 is guaranteed to the geographical data.
  • the rotary lasers can also use the relatively inexpensive laser range finding method today.
  • the vibrating plate 1 serving as a light receiving device receiver 5 is provided, which detects the impact of the respective light beam 3a, 4a.
  • the receiver 5 is designed in such a way that when receiving a light beam 3a, 4a it emits a corresponding information signal 6 to an evaluation device 7.
  • the evaluation device 7 receives information about when a light beam was detected by the receiver 5.
  • the information signal may also contain information about which rotary laser 3, 4 the light beam originates from.
  • the light beams 3a, 4a contain a suitable identifier (light pulses or sequences, different light colors, etc.).
  • the information signal 6 may be suitably, e.g. be transmitted via radio or infrared link to the evaluation device 7.
  • the evaluation device 7 is able due to the interaction of the two light beams 3a, 4a and the time of their impact on the receiver 5 to determine the position of the receiver 5 and thus the vibration plate 1 precisely.
  • the evaluation device 7 can be used e.g. operate the known triangulation method, a method used in optical measurement method for distance measurement with light.
  • the two rotary lasers 3, 4 and at least the evaluation device 7, but possibly also the receiver 5 are synchronized with each other.
  • each of the two rotary lasers 3, 4 is provided with a reference or zero angle N.
  • each rotating laser 3, 4 "knows” at which angle the respectively emitted light beam 3a, 4a is in relation to the zero angle N. If the zero angle N is aligned accordingly in the terrain, can also provide appropriate information to the evaluation 7, which makes it possible to determine the current angle between the respective light beam 3a, 4a above ground, when the respective light beam impinges on the receiver 5.
  • the zero angle N can be e.g. with the help of a - possibly also in the rotating laser 3, 4 integrated - compass are aligned with respect to the north pole. Likewise, it is possible to align it with respect to a given, existing in the area of area 2 or any other known point.
  • the evaluation device 7 can determine the current position of the vibrating plate 1 in the form of relative (eg with respect to the given area 2) or absolute (with respect to the Erdinertialsystem) coordinates and provide other facilities available. These devices may include a logging device that logs the path of movement of the vibrating plate 1. It is also possible, the position information to an example from the DE 103 17 160 A1 Passing known automatic steering device, the object of which is to control the vibrating plate 1 so that it gradually overruns the entire predetermined area and so, for example, evenly compacts the soil.
  • Fig. 2 shows a variant that illuminates some details of the measurement process.
  • a third rotary laser 8 is provided.
  • the rotary laser 8 is disposed on the third corner of a right triangle ABC formed by the three rotary lasers 3, 4, 8.
  • the emitted laser beam is reflected by the receiver 5 so that the respective rotary laser 3, 4, 8 can detect the distance between the laser and the receiver 5.
  • a rotating laser is provided on the vibrating plate 1, which has a light beam rotating about the vertical axis of the vibrating plate 1 generated.
  • two or more light receivers are placed at precisely measured locations, which temporarily receive the rotating light beam and deliver corresponding signals to the evaluation device 7.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

The device has two rotating lasers (3, 4) for producing rotary light beams (3a, 4a) and separated from each other and from a workpiece i.e. vibration plate (1). A light receiver (5) temporarily receives the beams. An evaluation device (7) determines a current position of the receiver and the workpiece based on well-known places e.g. edge or outer side, of a predetermined area (2), and is coupled with the rotating lasers and the receiver. The rotating lasers are arranged at the places, where the receiver receives the beams from the rotating lasers at a time point. An independent claim is also included for a method for determining a position of a workpiece in a predetermined area.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der aktuellen Position eines Arbeitsgeräts, insbesondere eines Baugeräts wie z.B. einer Vibrationsplatte auf einer Baustelle.The invention relates to a device and a method for determining the current position of a working device, in particular a construction device, such as a working device. a vibration plate on a construction site.

Es ist bekannt, die aktuelle Position eines Objektes in einem Inertialsystem (Erdkoordinatensystem) mit Hilfe von GPS (Global Positioning System) zu ermitteln. Daneben sind auch sehr kostenintensive Systeme mittels Laserverfolgung bekannt.It is known to determine the current position of an object in an inertial system (earth coordinate system) using GPS (Global Positioning System). In addition, very costly systems using laser tracking are known.

Das GPS-System verlangt den Empfang von Signalen von mehreren Satelliten. Daher funktioniert es meist nur in weitgehend offenem Gelände mit befriedigender Genauigkeit. Durch verschiedene Hilfsmittel lässt sich die Qualität der GPS-Systeme und damit die Genauigkeit der ermittelten Position verbessern. Dazu gehört z.B. die zusätzliche Auswertung der russischen GLONASS-Satelliten, die Reduktion von Mehrwegseffekten mittels Signalprozessierung oder das Aufstellen eines phasendifferenziellen Korrektursenders auf einem geodätisch ausgemessen Punkt. Mit Hilfe statistischer Verfahren lassen sich die Messungen weiter verbessern. Jedoch beträgt die Wiederholfrequenz der GPS-Signale lediglich eine Sekunde. Wenn sich das zu bestimmende Objekt während dieser Zeit reproduzierbar bzw. prognostizierbar bewegt, können dessen Positionskoordinaten interpoliert werden, um den Ort des Objekts auch innerhalb dieses Zeitraums von einer Sekunde mit hinreichender Genauigkeit zu bestimmen.The GPS system requires the reception of signals from multiple satellites. Therefore, it usually works only in largely open terrain with satisfactory accuracy. Various aids can be used to improve the quality of the GPS systems and thus the accuracy of the position determined. This includes e.g. the additional evaluation of the Russian GLONASS satellites, the reduction of reusable effects by means of signal processing or the establishment of a phase-differential correction transmitter on a geodetically measured point. Statistical methods can be used to further improve the measurements. However, the repetition rate of the GPS signals is only one second. If the object to be determined during this time moves reproducibly or predictably, its position coordinates can be interpolated to determine the location of the object within this period of one second with sufficient accuracy.

Wenn sich jedoch das zu überwachende Objekt auf nicht nachvollziehbaren, eher zufälligen Bahnen mit Wechselbewegungsrichtungen und -geschwindigkeiten bewegt, ist eine statistische Auswertung kaum noch möglich. Eine Ermittlung der aktuellen Position in Echtzeit wird damit unmöglich.However, if the object to be monitored moves on incomprehensible, rather random tracks with directions and speeds of change of motion, a statistical evaluation is hardly possible. A determination of the current position in real time is thus impossible.

Aus der DE 103 17 160 A1 ist ein System zur automatischen Durchführung und Überwachung einer Bodenverdichtung mit Hilfe einer Vibrationsplatte bekannt. Ein zentraler Aspekt des Systems ist es, dass die aktuelle Position der Bodenverdichtungsvorrichtung erfasst und mit einem vorgegebenen Weg abgeglichen wird. Um das zu verdichtende Bodengebiet zuverlässig an allen Stellen überfahren zu können, ist es unabdingbar, dass die aktuelle Position der Bodenverdichtungsvorrichtung mit ausreichender Genauigkeit und möglichst in Echtzeit bestimmt werden kann. Die mit GPS-Systemen auf bewegten Objekten erreichbare Genauigkeit von bestenfalls ein bis zwei Metern reicht hierbei nicht aus, da die Arbeitsbreite einer typischen Vibrationsplatte kleiner als ein Meter ist.From the DE 103 17 160 A1 is a system for automatically performing and monitoring a soil compaction using a vibrating plate known. A central aspect of the system is that the current position of the soil compacting device is detected and adjusted with a predetermined path. In order to reliably drive over the soil area to be compacted at all points, it is essential that the current position of the soil compacting device can be determined with sufficient accuracy and as far as possible in real time. The accuracy achievable with GPS systems on moving objects of at most one to two meters is not sufficient, since the working width of a typical vibration plate is less than one meter.

Für eine flächendeckende Verdichtungskontrolle ist es daher erforderlich, die Position der zu überwachenden Bodenverdichtungsvorrichtung (insbesondere einer Vibrationsplatte) mit einer Genauigkeit von ± 0,1 m zu bestimmen. Soll zudem die Bodenverdichtung mit Hilfe eines entsprechenden Systems automatisiert erfolgen, wird sogar eine Genauigkeit von 0,02 m bis 0,05 m benötigt. Zusätzlich ist die Erkennung der aktuellen Ausrichtung der Bodenverdichtungsvorrichtung wünschenswert.For a comprehensive compaction control, it is therefore necessary to determine the position of the ground compaction device to be monitored (in particular a vibrating plate) with an accuracy of ± 0.1 m. If, in addition, soil compaction is to be automated with the aid of a corresponding system, an accuracy of 0.02 m to 0.05 m is required. In addition, detection of the current orientation of the soil compaction device is desirable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines Arbeitsgeräts anzugeben, mit dem die Position mit weit höherer Genauigkeit bestimmt werden kann, als dies mit bekannten Systemen möglich ist.The invention is therefore based on the object to provide an apparatus and a method for determining the position of a working device, with which the position can be determined with far greater accuracy than is possible with known systems.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Vorrichtungen nach den Ansprüchen 1 und 2 sowie durch Verfahren nach den Ansprüchen 14 und 15 gelöst.The object is achieved by devices according to claims 1 and 2 and by the method according to claims 14 and 15.

Eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Arbeitsgeräts in einem vorgegebenen Gebiet weist wenigstens zwei getrennt von dem Arbeitsgerät sowie getrennt voneinander an jeweils einem bekannten Ort anordenbare Lichtsendeeinrichtungen zum Erzeugen jeweils eines um eine Vertikalachse rotierenden Lichtstrahls auf. Weiterhin ist eine an dem Arbeitsgerät anordenbare Lichtempfangseinrichtung zum temporären Empfangen der Lichtstrahlen und eine mit den Lichtsendeeinrichtungen und der Lichtempfangseinrichtung gekoppelte Auswerteeinrichtung vorgesehen, zum Bestimmen der aktuellen Position der Lichtempfangseinrichtung und damit des Arbeitsgeräts aufgrund der bekannten Orte, an denen die Lichtsendeeinrichtungen angeordnet sind, und aufgrund der Zeitpunkte, zu denen die Lichtempfangseinrichtung jeweils die Lichtstrahlen von den Lichtsendeeinrichtungen empfängt.A device for determining the position of a working device in a predetermined area has at least two light emitting devices which can be arranged separately from the working device and separately from one another at a known location for generating a respective light beam rotating about a vertical axis. Furthermore, a light receiving device which can be arranged on the working device for temporarily receiving the light beams and an evaluation device coupled to the light emitting devices and the light receiving device is provided for determining the current position of the light receiving device and thus of the working device on the basis of the known locations at which the light emitting devices are arranged, and due to the times at which the light receiving device receives the light beams from the light emitting devices, respectively.

Somit sind getrennt von dem Arbeitsgerät wenigstens zwei Lichtsendeeinrichtungen vorgesehen. Die Lichtsendeeinrichtungen können z.B. am Rand oder auch außerhalb des zu überwachenden, vorgegebenen Gebiets angeordnet sein. Ihr genauer Standort sollte mit größtmöglicher Präzision, z.B. geodätisch bestimmt werden.Thus, at least two light emitting devices are provided separately from the implement. The light-emitting devices can be arranged, for example, at the edge or else outside the predetermined area to be monitored. Your exact location should be determined with utmost precision, eg geodetic.

Die Lichtsendeeinrichtungen erzeugen jeweils einen rotierenden Lichtstrahl, der zumindest das vorgegebene Gebiet, in dem sich das Arbeitsgerät im Betrieb bewegen soll, überstreicht.The light emitting devices each generate a rotating light beam that sweeps over at least the predetermined area in which the implement is to move during operation.

Auf diese Weise wird erreicht, dass das Arbeitsgerät wechselweise von beiden Lichtstrahlen erfasst wird. Dabei ist es zweckmäßig, wenn sichergestellt ist, dass das Arbeitsgerät nie exakt gleichzeitig von beiden Lichtstrahlen der beiden Lichtsendeeinrichtungen bestrahlt wird.In this way it is achieved that the implement is alternately detected by both light beams. It is expedient if it is ensured that the implement is never exactly simultaneously irradiated by two light beams of the two light emitting devices.

Die auf dem Arbeitsgerät vorgesehene Lichtempfangseinrichtung detektiert jeweils den Empfang des Lichtstrahls, der aktuell (kurzzeitig) über das Arbeitsgerät und damit über die Lichtempfangseinrichtung streicht.The provided on the implement light receiving device detects each of the reception of the light beam currently (briefly) on the implement and thus on the light receiving device.

Aufgrund der Zeitpunkte, zu denen die beiden Lichtstrahlen empfangen werden und anhand der bekannten Orte, an denen die beiden Lichtsendeeinrichtungen positioniert sind, bzw. aufgrund der Relativstellung der beiden Lichtsendeeinrichtungen zueinander, kann die Auswerteeinrichtung z.B. mit Hilfe des bekannten Triangulationsverfahrens den aktuellen Ort der Lichtempfangseinrichtung und damit auch des Arbeitsgeräts bestimmen.Due to the times at which the two light beams are received and based on the known locations at which the two light emitting devices are positioned, or due to the relative position of the two light emitting devices to each other, the evaluation device can e.g. Determine the current location of the light receiving device and thus also of the implement with the help of the known triangulation.

Zweckmäßig ist es, wenn die Lichtstrahlen mit einer höheren Frequenz als 1 s-1 rotieren, um mehrmals pro Sekunde den genauen Aufenthaltsort des Arbeitsgerät festzustellen.It is useful if the light rays rotate at a frequency higher than 1 s -1 to determine the exact location of the implement several times per second.

Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Lichtsendeeinrichtung und die Lichtempfangseinrichtung vertauscht. In diesem Fall ist lediglich eine Lichtsendeeinrichtung vorgesehen, die jedoch auf dem Arbeitsgerät angeordnet ist und einen um die Vertikalachse rotierenden Lichtstrahl abgibt. Getrennt von dem Arbeitsgerät und getrennt voneinander sind an jeweils einem bekannten Ort, z.B. am Rand des vorgegebenen Gebiets, wenigstens zwei Lichtempfangseinrichtungen vorgesehen, die den Lichtstrahl von der Lichtsendeeinrichtung temporär empfangen können. Die Auswerteeinrichtung ist mit den Lichtempfangseinrichtungen und der Lichtsendeeinrichtung gekoppelt, um in analoger Weise wie bei der weiter oben beschriebenen Variante die aktuelle Position der Lichtsendeeinrichtung und damit des Arbeitsgeräts aufgrund der bekannten Orte und aufgrund der Zeitpunkte, zu denen die Lichtempfangseinrichtungen jeweils den Lichtstrahl von der Lichtsendeeinrichtung empfangen, zu bestimmen.In an alternative embodiment, the light emitting device and the light receiving device are reversed. In this case, only one light emitting device is provided, which is however arranged on the working device and emits a light beam rotating about the vertical axis. Separated from the implement and separated from each other at least two light receiving devices are provided at a known location, for example, at the edge of the given area, which can temporarily receive the light beam from the light emitting device. The evaluation device is coupled to the light receiving devices and the light emitting device in order to analogously as in the variant described above, the current position of the light emitting device and thus of the implement due to the known locations and due to the times at which the light receiving devices each receive the light beam from the light emitting device receive, determine.

Die Auswerteeinrichtung kann am Arbeitsgerät selbst, aber auch räumlich getrennt von dem Arbeitsgerät vorgesehen sein, wobei eine Datenübertragungseinrichtung zwischen der Lichtempfangseinrichtung (bzw. bei der alternativen Ausführungsform zwischen den Lichtempfangseinrichtungen) und der Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, zum Übertragen von Informationsparametern, die die Lichtempfangseinrichtung bei Empfangen des jeweiligen Lichtstrahls empfängt. Die Auswerteeinrichtung kann darüber hinaus auch mit der einen Lichtsendeeinrichtung oder den mehreren Lichtsendeeinrichtungen gekoppelt sein, wie später noch erläutert wird.The evaluation device can be provided on the implement itself, but also spatially separated from the implement, wherein a data transmission device between the light receiving device (or in the alternative embodiment between the light receiving means) and the evaluation is provided for transmitting information parameters, the light receiving device upon receiving receives the respective light beam. In addition, the evaluation device can also be coupled to the one light-emitting device or the plurality of light-emitting devices, as will be explained later.

Die Auswerteeinrichtung erhält somit die Angaben, die notwendig sind, um z.B. mit dem Triangulationsverfahren die aktuelle Position des Arbeitsgeräts präzise zu bestimmen. Zu diesem Zweck ist die Auswerteeinrichtung auch in der Lage, aus den jeweiligen Zeitpunkten, zu denen die Lichtempfangseinrichtung ein Lichtsignal empfängt, geeignete Winkel - z.B. in der Horizontalebene - zu bestimmen, auf deren Grundlage das Triangulationsverfahren durchgeführt werden kann. Die Winkel können in Bezug auf ein absolutes Koordinatensystem (z.B. Erdkoordinatensystem) oder auch in Bezug auf ein relatives Koordinatensystem (z.B. Gerätekoordinatensystem oder individuelles Koordinatensystem für jede Lichtsendeeinrichtung) definiert werden.The evaluation device thus receives the information which is necessary, e.g. Use the triangulation method to precisely determine the current position of the implement. For this purpose, the evaluation device is also able, from the respective times at which the light receiving device receives a light signal, suitable angle -. in the horizontal plane - to determine on the basis of which the triangulation procedure can be carried out. The angles may be defined in terms of an absolute coordinate system (e.g., earth coordinate system) or relative relative system of coordinates (e.g., equipment coordinate system or individual coordinate system for each light emitting device).

Die von der Lichtempfangseinrichtung beim Auftreffen des Lichtstrahls empfangbaren Informationsparameter können ausgewählt werden aus der Gruppe Lichtempfangssignal, Zeitinformation oder Kennung.The information parameters that can be received by the light receiving device when the light beam strikes can be selected from the group light reception signal, time information or identifier.

Als Lichtempfangssignal wird in dem Moment ein Signal generiert, wenn aktuell ein Lichtstrahl durch die Lichtempfangseinrichtung empfangen wird. Wenn der Lichtstrahl hell oder stark genug ist, wird er von der Lichtempfangseinrichtung detektiert, die daraufhin das Lichtempfangssignal generiert. Bei direkter Kopplung mit der Auswerteeinrichtung kann die Auswerteeinrichtung somit exakt den Zeitpunkt feststellen, zu dem ein Lichtstrahl auf die Lichtempfangseinrichtung auftrifft.As a light receiving signal, a signal is generated at the moment when a light beam is currently received by the light receiving device. When the light beam is bright or strong enough, it is detected by the light receiving device, which then generates the light receiving signal. In direct coupling with the evaluation, the evaluation can thus determine exactly the time at which a light beam impinges on the light receiving device.

Als Zeitinformation kann ein Signal übermittelt werden, das Zeitangaben, z.B. in einem absoluten Zeitsystem, an die Auswerteeinrichtung übermittelt. Dazu gehört insbesondere der exakte Zeitpunkt, zu dem die Lichtempfangseinrichtung ein Auftreffen eines Lichtstrahls festgestellt hat. In diesem Fall enthält die Lichtempfangseinrichtung ein eigenes Zeitglied, mit dem die gewünschte Zeitinformation generiert und danach an die Auswerteeinrichtung gesendet werden kann.As time information, a signal can be transmitted which transmits time information, for example in an absolute time system, to the evaluation device. This includes in particular the exact time at which the light receiving device has detected an impact of a light beam. In this case, the light receiving device contains its own timer with which the desired time information can be generated and then sent to the evaluation device.

Ebenso ist es möglich, eine Kennung des jeweils empfangenen Lichtstrahls zu übermitteln. So können sämtliche Lichtstrahlen gleichermaßen oder aber auch jeder Lichtstrahl individuell mit einer eigenen Kennung versehen werden. Die Kennung kann darin bestehen, dass der Lichtstrahl aus einer bestimmten Sequenz von Lichtstrahlen (z.B. Laserimpulsen) besteht. Es ist aber auch möglich, Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen auszusenden, so dass aufgrund der Unterschiedlichkeit der Wellenlängen festgestellt werden kann, von welcher Lichtsendeeinrichtung der jeweilige Lichtstrahl stammt.It is also possible to transmit an identifier of the respectively received light beam. Thus, all light beams alike or even each light beam can be individually provided with its own identifier. The identifier may be that the light beam consists of a particular sequence of light rays (e.g., laser pulses). But it is also possible to emit light beams with different wavelengths, so that it can be determined due to the diversity of the wavelengths, from which light emitting device the respective light beam originates.

Der Lichtstrahl kann punktstrahlförmig oder vertikal-fächerförmig ausgebildet sein. Wenn der Lichtstrahl punktstrahlförmig ist, ist es erforderlich, am Empfänger eine ausreichend große Detektionsfläche vorzusehen, um sicherzustellen, dass der Lichtstrahl auch bei jedem Umlauf die Lichtempfangseinrichtung trifft. Aus diesem Grund kann es zweckmäßiger sein, den Lichtstrahl vertikal-fächerförmig abzustrahlen, um einen ausreichend hohen Raum oberhalb von dem zu überfahrenden Gebiet zu bestrahlen. Wenn der Lichtstrahl als vertikales Lichtband aufgefächert ist, genügt es, wenn der Empfänger punktförmig ist.The light beam can be designed in the form of a spot beam or a vertical fan shape. When the light beam is spot beam shaped, it is necessary to provide a sufficiently large detection surface at the receiver to ensure that the light beam also strikes the light receiving device during each revolution. For this reason, it may be more appropriate to radiate the light beam vertically-fan-shaped to irradiate a sufficiently high space above the area to be traveled. If the light beam is fanned out as a vertical light band, it is sufficient if the receiver is punctiform.

Wenn hingegen der Lichtstrahl als Punktstrahl ausgebildet ist, dann müssen die Empfänger eine vertikale Ausdehnung aufweisen. Wenn der Ort, an dem der Lichtstrahl auf den Empfänger auftrifft, bestimmbar ist, lässt sich daraus auch eine Höheninformation über das relative Höhenverhältnis zwischen Lichtsendeeinrichtung und Lichtempfangseinrichtung generieren.In contrast, if the light beam is formed as a spot beam, then the receiver must have a vertical extension. If the location at which the light beam impinges on the receiver can be determined, it is also possible to generate height information about the relative height ratio between the light emitting device and the light receiving device.

Die Lichtsendeeinrichtung kann eine Rotationslasereinrichtung aufweisen, um den rotierenden Lichtstrahl zu erzeugen.The light emitting device may include a rotary laser device for generating the rotating light beam.

Ergänzend oder alternativ kann der umlaufende Lichtstrahl auch durch eine oder mehrere rotierende Lichtquellen (Laser, Diodenzeilen), einen oder mehrere umlaufende Spiegel oder eine oder mehrere umlaufende Linsen erzeugt werden. Ebenso ist es möglich, nacheinander am Umfang verteilte Lichtquellen ein- und auszuschalten, um jeweils gebündelte Lichtstrahlen zu erzeugen, die durch geschicktes Ein- und Ausschalten einen Umlaufeffekt bewirken. Dadurch entsteht ein scheinbar kontinuierlich umlaufender Strahl.Additionally or alternatively, the circulating light beam can also be generated by one or more rotating light sources (laser, diode arrays), one or more circulating mirrors or one or more circulating lenses. It is also possible, one after the other circumferentially distributed light sources on and off, to produce each bundled light rays, which cause a circulating effect by clever switching on and off. This creates a seemingly continuously circulating jet.

Die Umlauffrequenz der beiden Lichtstrahlen ist bei dieser Variante gleich. Bei einer anderen Ausführungsform können die Umlauffrequenzen auch unterschiedlich eingestellt werden, wobei es zweckmäßig ist, die Frequenz bzw. Umlaufzeit eines jeweiligen Lichtstrahls an einer Primzahl zu orientieren, um möglichst wenige undefinierte Zustände entstehen zu lassen, die durch das gleichzeitige Auftreten von zwei Lichtstrahlen auf die Lichtempfangseinrichtung hervorgerufen werden können.The rotational frequency of the two light beams is the same in this variant. In another embodiment, the circulating frequencies can also be set differently, it being expedient to set the frequency or circulation time of a respective light beam to a prime number in order to create as few undefined states that can be caused by the simultaneous occurrence of two light beams on the light receiving device.

Die Lichtempfangseinrichtung kann einen Reflektor, einen Transponder und/oder einen Empfänger (z.B. einen Fotodetektor) aufweisen, zum Erzeugen eines den Informationsparameter repräsentierenden Signals.The light receiving device may comprise a reflector, a transponder and / or a receiver (e.g., a photodetector) for generating a signal representing the information parameter.

Wenn die Lichtempfangseinrichtung lediglich durch einen oder mehrere Reflektoren (z.B. Katzenaugen) gebildet wird, muss an der Lichtsendeeinrichtung eine weitere Lichtempfangseinrichtung vorgesehen sein, die den von dem Reflektor reflektierten Lichtstrahl empfängt und die notwendige Information an die Auswerteeinrichtung weitergibt. In diesem Fall soll definitionsgemäß die Lichtempfangseinrichtung sowohl aus dem Reflektor als auch aus dem räumlich getrennt von dem Reflektor vorgesehenen eigentlichen lichtempfindlichen Element bestehen. Da der Reflektor in diesem Fall an dem Arbeitsgerät angeordnet ist, ist diese Anordnung im Sinne von Anspruch 1 derart zu verstehen, dass die Lichtempfangseinrichtung an dem Arbeitsgerät angeordnet ist. Es ist für diesen Fall unschädlich, dass die Lichtempfangseinrichtung noch weitere Komponenten (lichtempfindliches Element z.B. an der jeweiligen Lichtsendeeinrichtung) aufweist, die nicht an dem Arbeitsgerät angeordnet sind.If the light receiving device is constituted only by one or more reflectors (e.g., cat's eyes), another light receiving means must be provided on the light emitting device which receives the light beam reflected from the reflector and passes the necessary information to the evaluating device. In this case, by definition, the light receiving device should consist of both the reflector and the spatially separated from the reflector provided actual photosensitive element. Since the reflector is arranged in this case on the working device, this arrangement is to be understood in the sense of claim 1 such that the light receiving device is arranged on the working device. In this case, it is not harmful that the light receiving device has other components (photosensitive element on, for example, the respective light emitting device) that are not disposed on the working device.

Die Lichtempfangseinrichtung kann auch durch einen oder mehrere Transponder gebildet werden, die sofort nach Empfang eines Lichtstrahls ein Signal (Informationsparameter) absetzen. Dieses Signal kann gegebenenfalls mit einer Kennung versehen werden. Das Signal kann in Form eines Lichtimpulses, jedoch aber auch als Funk- oder Infrarotsignal an die Auswerteeinrichtung übermittelt werden.The light receiving device can also be formed by one or more transponders, which transmit a signal (information parameter) immediately after receiving a light beam. This signal may optionally be provided with an identifier. The signal can be transmitted in the form of a light pulse, but also as a radio or infrared signal to the evaluation.

Schließlich können auch ein oder zwei Empfänger an der Lichtempfangseinrichtung vorgesehen sein, die das Auftreffen des Lichtstrahls detektieren und entsprechend verarbeiten, wie oben bereits beschrieben ist.Finally, one or two receivers may also be provided on the light receiving device, which detect the impact of the light beam and process it accordingly, as already described above.

An dem Arbeitsgerät können zwei Lichtempfangseinrichtungen vorgesehen sein, wobei in diesem Fall die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein kann zum Bestimmen einer Ausrichtung der Lichtempfangseinrichtungen und damit des Arbeitsgeräts über Grund aufgrund der von den beiden Lichtempfangseinrichtungen empfangenen Lichtstrahlen. In diesem Fall sind somit zwei Lichtsendeeinrichtungen vorgesehen, die jeweils einen Lichtstrahl über das zu überwachende Gebiet streifen lassen. Der jeweilige Lichtstrahl wird durch die beiden Lichtempfangseinrichtungen erfasst. Aufgrund der unterschiedlichen Zeit- und Winkelinformationen lässt sich präzise die Ausrichtung der beiden Lichtempfangseinrichtungen und damit auch des diese tragenden Arbeitsgeräts bestimmen. Die Ausrichtung des Arbeitsgeräts ermöglicht es, z.B. bei einer automatischen Steuerung einer Vibrationsplatte präzisere Steuerkommandos automatisch zu generieren.Two light receiving devices may be provided on the working device, in which case the evaluation device may be designed to determine an alignment of the light receiving devices and thus of the working device over ground due to the light beams received by the two light receiving devices. In this case, two light emitting devices are thus provided which each strip a light beam over the area to be monitored to let. The respective light beam is detected by the two light receiving devices. Due to the different time and angle information can be precisely determine the orientation of the two light receiving devices and thus also this bearing working device. The alignment of the working device makes it possible to automatically generate more precise control commands, for example, in the case of automatic control of a vibration plate.

Es kann eine Synchronisiereinrichtung zum Synchronisieren der Auswerteeinrichtung mit - gemäß der einen Variante - der an dem Arbeitsgerät anordenbaren Lichtsendeeinrichtung oder - gemäß der anderen Variante - den getrennt von dem Arbeitsgerät anordenbaren Lichtsendeeinrichtungen vorgesehen sein.A synchronizing device for synchronizing the evaluation device with - according to a variant - the light emitting device which can be arranged on the working device or - according to the other variant - the light emitting devices which can be arranged separately from the working device, be provided.

Um den aktuellen Ort des Arbeitsgeräts bestimmen zu können, ist es erforderlich, dass die Lichtsendeeinrichtungen und die Auswerteeinrichtung miteinander synchronisiert sind. Die Synchronisierung der Lichtsendeeinrichtungen und der Auswerteeinrichtung sowie unter Umständen auch der Lichtempfangseinrichtung ist wichtig, um die z.B. für das Triangulationsverfahren wichtigen Winkel präzise bestimmen zu können. Für die Synchronisation ist in der Regel die Definition eines Referenzsystems erforderlich, wobei sich z.B. die beiden Lichtsendeeinrichtungen auch auf einander beziehen können.In order to determine the current location of the implement, it is necessary that the light emitting devices and the evaluation are synchronized with each other. The synchronization of the light emitting devices and the evaluation device and possibly also of the light receiving device is important to avoid the e.g. to be able to precisely determine the angle important for the triangulation method. For synchronization, the definition of a reference system is usually required, e.g. the two light emitting devices can also relate to each other.

Als sogenannter "Nullwinkel" für die Ausgabe eines Synchronisierungssignals kann z.B. eine Himmelsrichtung oder ein anfänglich eingestellter Winkel festgelegt werden. Immer dann, wenn der Lichtstrahl die vorgegebene Himmelsrichtung einnimmt oder der voreingestellte Winkel passiert wird, wird das Synchronisierungssignal durch die Lichtsendeeinrichtung erzeugt und an die Auswerteeinrichtung übermittelt.As a so-called "zero angle" for the output of a synchronization signal, e.g. a compass direction or an initially set angle are set. Whenever the light beam assumes the predetermined compass direction or the preset angle is passed, the synchronization signal is generated by the light emitting device and transmitted to the evaluation device.

Ebenso ist es möglich, die Passage des Lichtstrahls an der jeweils anderen, gegenüber liegenden Lichtsendeeinrichtung zu detektieren, so dass sich die Lichtsendeeinrichtungen gegeneinander referenzieren.It is also possible to detect the passage of the light beam at the respective other, opposite light-emitting device, so that the light-emitting devices refer to each other.

Ergänzend oder alternativ kann auch das Passieren des Lichtstrahls an einem anderen Referenzort erfasst und als Nullwinkel bestimmt werden.Additionally or alternatively, the passage of the light beam can be detected at another reference location and determined as a zero angle.

Mit Hilfe der Auswerteeinrichtung ist es dann möglich, den Winkel zu erfassen, den der Lichtstrahl zwischen dem Nullwinkel und dem Bestrahlen der Lichtempfangseinrichtung überstreicht. Da auf diese Weise die Winkel von beiden Lichtsendeeinrichtungen bestimmt werden, lässt sich - unter Berücksichtigung der bekannten Positionen der Lichtsendeeinrichtungen - der Ort der Lichtempfangseinrichtung und damit des Arbeitsgeräts bestimmen.With the aid of the evaluation device, it is then possible to detect the angle which the light beam passes over between the zero angle and the irradiation of the light receiving device. Since in this way the angles of both light emitting devices are determined, can be - taking into account the known positions of the light emitting devices - the location of the light receiving device and thus determine the implement.

Die vorstehende Beschreibung der Synchronisiereinrichtung und des zugehörigen Synchronisierverfahrens bezieht sich auf eine Anordnung, bei der zwei Lichtsendeeinrichtungen eine Lichtempfangseinrichtung bestrahlen. Bei anderen Anordnungen, bei der z.B. eine einzige Lichtquelle (Lichtsendeeinrichtung) einen rotierenden Lichtstrahl erzeugt, der von mehreren Lichtempfangseinrichtungen erfasst wird, ist entsprechend ebenfalls eine Synchronisierung zwischen der Lichtsendeeinrichtung und der Auswerteeinrichtung erforderlich, um die jeweiligen Winkel bestimmen zu können.The above description of the synchronizer and the associated synchronizing method relates to an arrangement in which two light emitting devices irradiate a light receiving device. In other arrangements, e.g. a single light source (light emitting device) generates a rotating light beam which is detected by a plurality of light receiving devices, a synchronization between the light emitting device and the evaluation device is also required in order to determine the respective angle can.

Die Synchronisiereinrichtung ist insbesondere zum Ausführen von wenigstens einer der folgenden Maßnahmen ausgebildet:

  • Ausrichten der Lichtstrahlen aller Lichtsendeeinrichtungen derart, dass sie stets parallel zueinander ausgerichtet sind. Dabei werden z.B. die Lichtsendeeinrichtungen exakt mit gleicher Drehgeschwindigkeit betrieben und zwar so, dass die Lichtstrahlen immer exakt in die gleiche Richtung strahlen, also parallel zueinander verlaufen. Bei entsprechender Anordnung in Bezug auf das zu überwachende Gebiet ist es sichergestellt, dass die Lichtstrahlen nie gleichzeitig auf die Lichtempfangseinrichtung auftreffen können.
  • Bestimmen einer jeweiligen Relativposition des Lichtstrahls zu der ihn aussendenden Lichtsendeeinrichtung und Bestimmen einer Relativposition dieses Lichtstrahls über Grund aufgrund einer vorbekannten Ausrichtung der Lichtsendeeinrichtung über Grund. Hierbei ist die jeweilige Relativstellung des Lichtstrahls in Bezug auf das Gehäuse der Lichtsendeeinrichtung bekannt. Wenn das Gehäuse an dem bekannten Ort in der entsprechenden Weise ausgerichtet wird, lässt sich dementsprechend auch immer die Richtung des Lichtstrahls in Bezug auf diesen Ort feststellen.
  • Vorgeben der Reihenfolge der Lichtstrahlen beim Auftreffen auf die Lichtempfangseinrichtung und Ansteuern der Lichtsendeeinrichtungen derart, dass die vorgegebene Reihenfolge stets eingehalten wird. Hierbei werden die Lichtsendeeinrichtungen z.B. durch die Auswerteeinrichtung derart angesteuert, dass während eines Messzyklus stets der Lichtstrahl der einen Lichtsendeeinrichtung kurz vor dem Lichtstrahl der anderen Lichtsendeeinrichtung auf die Lichtempfangseinrichtung auftrifft. Auf diese Weise ist eine eindeutige Zuordnung zwischen den empfangenen Lichtstrahlen und den Lichtsendeeinrichtungen möglich. Somit wird der Fehler, der sich durch einen Ortswechsel des Arbeitsgeräts zwischen den Auftreffzeitpunkten der verschiedenen Lichtstrahlen auf der jeweiligen Empfangseinrichtung ergeben kann, reduziert.
The synchronization device is designed in particular for carrying out at least one of the following measures:
  • Aligning the light beams of all light emitting devices such that they are always aligned parallel to each other. In this case, for example, the light emitting devices are operated exactly at the same rotational speed and in such a way that the light rays always radiate exactly in the same direction, ie parallel to each other. With appropriate arrangement with respect to the area to be monitored, it is ensured that the light beams can never impinge on the light receiving device at the same time.
  • Determining a respective relative position of the light beam to the light emitting device emitting it and determining a relative position of this light beam over ground due to a previously known orientation of the light transmitting device over ground. Here, the respective relative position of the light beam with respect to the housing of the light emitting device is known. Accordingly, if the housing is oriented in the known manner in the appropriate manner, the direction of the light beam with respect to that location can always be determined.
  • Specifying the order of the light beams when hitting the light receiving device and driving the light emitting devices such that the predetermined order is always maintained. Here, the light emitting devices are controlled, for example by the evaluation such that during a measuring cycle always the light beam of a light emitting device shortly before the light beam of the other light emitting device impinges on the light receiving device. In this way, a unique association between the received Light beams and the light emitting devices possible. Thus, the error, which can result from a change of location of the working device between the time of impact of the different light beams on the respective receiving device is reduced.

Die Synchronisierung der Sendeeinrichtungen ist auch dadurch möglich, dass der Lichtstrahl von einer Sendeeinrichtung auf die andere Sendeeinrichtung auftrifft und dort detektiert wird. Auf diese Weise lässt sich die zwischen den beiden Lichtsendeeinrichtungen verlaufende Achse bestimmen, so dass später der Drehwinkel des rotierenden Lichtstrahls bezüglich dieser Achse verfolgt werden kann.The synchronization of the transmitting devices is also possible because the light beam from a transmitting device impinges on the other transmitting device and is detected there. In this way, the axis extending between the two light emitting devices can be determined, so that later the angle of rotation of the rotating light beam can be tracked with respect to this axis.

Die Auswerteeinrichtung kann eine Korrektureinrichtung aufweisen, zum Korrigieren der aufgrund der Auswertung der erfassten Lichtstrahlen aktuell bestimmten Position des Arbeitsgeräts mit Hilfe von wenigstens einer der folgenden Maßnahmen:

  • Vergleichen der aktuell bestimmten Position mit der davor zuletzt bestimmten Position; daraus Bestimmen der aktuellen Fortbewegungsgeschwindigkeit und/oder Fortbewegungsrichtung des Arbeitsgeräts; Hochrechnen einer Veränderung der Position des Arbeitsgeräts unter Berücksichtigung der aktuellen Fortbewegungsgeschwindigkeit und/oder Fortbewegungsrichtung sowie eines Zeitverzugs seit dem letzten Bestimmen der aktuellen Position. Bei dieser Maßnahme wird somit differenziell die Fortbewegungsgeschwindigkeit und gegebenenfalls auch die Fortbewegungsrichtung des Arbeitsgeräts ermittelt. Daraus kann die weitere Bewegung des Arbeitsgeräts wenigstens grob prognostiziert werden, so dass die soeben aktuell bestimmte, aber doch schon in der Vergangenheit liegende Position des Arbeitsgeräts korrigiert werden kann. Geht man davon aus, dass eine Vibrationsplatte z.B. auf 10 cm präzise geführt werden muss, kann hierdurch eine wertvolle Verbesserung der Positionsbestimmungsgenauigkeit erreicht werden.
  • Hochrechnen einer Veränderung der Position unter Berücksichtigung der aktuellen Maschinendaten des Arbeitsgeräts. Bei dieser Variante ist eine zusätzliche Maschinendatenerfassungseinrichtung erforderlich, mit der wesentliche Maschinenparameter erfasst werden können, die für die Fortbewegung des Arbeitsgeräts von Bedeutung sind. Hierzu gehören z.B. die Parameter Motordrehzahl, Schwingungsfrequenz, Schwingungsamplitude, Lenkverhalten (z.B. unsymmetrische Ansteuerung bei lenkfähigen Schwingungserregern); andere Lenkmaßnahmen.
  • Hochrechnen der tatsächlichen aktuellen Position aufgrund der durch die Auswertung der erfassten Lichtstrahlen aktuell bestimmten Position und unter Berücksichtigung der bisherigen Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung des Arbeitsgeräts und unter Berücksichtigung von einer durch einen an dem Arbeitsgerät vorgesehenen Bewegungssensor erfassten Bewegungsänderung. Bei dieser Variante wird somit zunächst die aktuelle Position des Arbeitsgeräts mit Hilfe der Lichtstrahlen in der oben beschriebenen Weise bestimmt. Darüber hinaus kann auf dem Arbeitsgerät wenigstens ein Bewegungssensor vorgesehen sein, der die Bewegung des Arbeitsgeräts erfasst. Ein derartiger Bewegungssensor kann z.B. als Beschleunigungsgeber, Drehratengeber, Neigungssensor und/oder Kompass ausgebildet sein. Die von dem Bewegungssensor erfasste Änderung des Arbeitsgeräts, z.B. eine Richtungsänderung oder eine Drehung, wird zur Korrektur genutzt, um Fehler, die sich dadurch ergeben, dass die Lichtstrahlen zu verschiedenen Zeitpunkten die verschiedenen Empfangseinrichtungen erfassen, auszugleichen.
The evaluation device may have a correction device for correcting the position of the working device currently determined on the basis of the evaluation of the detected light beams with the aid of at least one of the following measures:
  • Comparing the currently determined position with the previously determined position; determining therefrom the current travel speed and / or travel direction of the implement; Upsetting a change in the position of the work implement taking into account the current travel speed and / or travel direction and a time delay since the last determination of the current position. In this measure, the speed of movement and possibly also the direction of movement of the implement is thus determined differentially. From this, the further movement of the implement can at least roughly be predicted, so that the just currently determined, but already lying in the past position of the implement can be corrected. Assuming that a vibrating plate has to be precisely guided, for example, to 10 cm, a valuable improvement of the positioning accuracy can be achieved thereby.
  • Upsetting a change in position taking into account the current machine data of the implement. In this variant, an additional machine data acquisition device is required, with the essential machine parameters can be detected, which are important for the movement of the implement. These include, for example, the parameters engine speed, oscillation frequency, oscillation amplitude, steering behavior (eg asymmetrical activation in the case of steerable vibration exciters); other steering measures.
  • Upsetting the actual current position based on the currently determined by the evaluation of the detected light rays position and taking into account the previous speed and / or direction of movement of the implement and taking into account a detected by a provided on the implement motion sensor change. In this variant, therefore, the current position of the working device is first determined by means of the light beams in the manner described above. In addition, on the implement at least one motion sensor may be provided which detects the movement of the implement. Such a motion sensor can be designed, for example, as an acceleration transmitter, rotation rate sensor, tilt sensor and / or compass. The change in the implement detected by the motion sensor, such as a change of direction or rotation, is used for correction to compensate for errors resulting from the light beams detecting the various receiving means at different times.

Generell kann es also sinnvoll sein, die Bewegung des Arbeitsgeräts zwischen den jeweiligen Auftreffzeitpunkten der Lichtstrahlen auf den oder die Empfänger zu berücksichtigen und daraus eine entsprechende Korrektur der ermittelten Position des Arbeitsgeräts abzuleiten. Durch die Fortbewegung des Arbeitsgeräts in Verbindung mit den unterschiedlichen Auftreffzeitpunkten der Lichtstrahlen auf den jeweiligen Empfänger könnte anderenfalls ein die Messgenauigkeit beeinträchtigender Fehler bewirkt werden.In general, it may therefore be useful to take into account the movement of the working device between the respective impact times of the light beams on the receiver or receivers and derive therefrom a corresponding correction of the determined position of the working device. Otherwise, an error affecting the measuring accuracy could be caused by the movement of the working device in conjunction with the different impact times of the light beams on the respective receiver.

Bei einer Variante können drei Lichtsendeeinrichtungen oder drei Lichtempfangseinrichtungen vorgesehen sein, die in den Eckpunkten eines wenigstens einen Teil des vorgegebenen Gebiets umschreibenden Dreiecks, insbesondere eines rechtwinkligen Dreiecks angeordnet sind. Durch das Bereitstellen einer dritten Lichtsendeeinrichtung oder - bei der oben bereits genannten Prinzipumkehr - von einer dritten Lichtempfangseinrichtung, die jeweils senkrecht zu einer Verbindungslinie zwischen den beiden anderen Einrichtungen angeordnet ist, können auch "tote Winkel" überwacht werden, die bei Verwendung von nur zwei Lichtsende- oder Lichtempfangseinrichtungen auftreten können. Dies sind insbesondere sehr spitze oder stumpfe Winkel zu der Verbindungslinie in der jeweiligen Einrichtung.In one variant, three light-emitting devices or three light-receiving devices may be provided, which are arranged in the corner points of a triangle circumscribing at least part of the predetermined region, in particular of a right-angled triangle. By providing a third light emitting device or - in the above-mentioned principle reversal - by a third light receiving device, which is arranged perpendicular to a connecting line between the other two devices, "blind spots" can be monitored when using only two light transmitters - or light receiving devices can occur. These are in particular very acute or obtuse angles to the connecting line in the respective device.

Die Aufstellung der beiden Sendeeinrichtungen sollte nicht derart erfolgen, dass das zu erkennende Objekt die Verbindungslinie überfährt oder annähert, da dann eine Triangulierung nicht möglich bzw. eine Positionsbestimmung nur ungenau wird. Falls dies nicht vermeidbar ist, wird die dritte Lichtsendeeinrichtung zweckmäßig sein. Der Einsatz von mehr als zwei Lichtsendeeinrichtungen bietet zudem den Vorteil, dass Abschattungen durch Personen oder Gegenstände im Überwachungsraum zum Teil kompensiert werden können.The installation of the two transmitting devices should not take place in such a way that the object to be detected passes over or approaches the connecting line, since then triangulation is not possible or positioning is only inaccurate becomes. If this is unavoidable, the third light emitting device will be appropriate. The use of more than two light emitting devices also offers the advantage that shadowing by persons or objects in the interstitial space can be partially compensated.

Schließlich werden auch zwei Verfahren angegeben, mit denen die Position eines Arbeitsgeräts in einem vorgegebenen Gebiet bestimmt werden kann. Die Verfahren betreffen jeweils die Arbeitsweise der beiden unterschiedlichen Prinzipvarianten, bei denen Licht entweder von außen auf das Arbeitsgerät oder von dem Arbeitsgerät selbst abgestrahlt wird.Finally, two methods are also provided for determining the position of a work implement in a given area. The methods relate in each case to the mode of operation of the two different principle variants in which light is emitted either from the outside onto the implement or from the implement itself.

Die von der Auswerteeinrichtung bestimmte Position des Arbeitsgeräts kann in verschiedener Weise genutzt werden. So ist es möglich, die aktuelle Position und damit die Bewegung des Arbeitsgeräts zu protokollieren und zu dokumentieren, um z.B. den Verdichtungsfortschritt oder die Verdichtungsarbeit zu einem späteren Zeitpunkt verfolgen und nachweisen zu können. Ebenso ist es möglich, das Arbeitsgerät automatisiert innerhalb des vorgegebenen Gebiets zu führen und zu bewegen, um auf diese Weise das gesamte Gebiet zu überfahren. Dies ist z.B. dann vorteilhaft, wenn es sich bei dem Arbeitsgerät um eine Vibrationsplatte zur Bodenverdichtung handelt, die ein vorgegebenes Gebiet automatisch überfahren und verdichten soll.The determined by the evaluation device position of the implement can be used in various ways. It is thus possible to log and document the current position and thus the movement of the working device, in order, e.g. track and demonstrate the progress of compaction or compaction work at a later date. It is also possible to automatically guide and move the implement within the given area, thus overrunning the entire area. This is e.g. then advantageous if it is the implement to a vibrating plate for soil compaction, which is to drive over and compact a given area automatically.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Arbeitsgeräts; und
Fig. 2
eine Skizze zum Erläutern des Verfahrens zur Positionsbestimmung.
These and other features of the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment with the aid of the accompanying figures. Show it:
Fig. 1
the basic structure of a device for determining the position of a working device; and
Fig. 2
a sketch for explaining the method for determining position.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Arbeitsgeräts in einem vorgegebenen Gebiet. Fig. 1 schematically shows a device for determining the position of a working device in a given area.

Das Arbeitsgerät wird in diesem Fall durch eine Vibrationsplatte 1 repräsentiert, die innerhalb eines vorgegebenen Gebiets 2 derart verfahren werden soll, dass sie nach und nach die gesamte Fläche des Gebiets 2 überfährt und somit eine gleichmäßige Bodenverdichtung bewirkt. Zu diesem Zweck kann die Vibrationsplatte 1 z.B. mit der Bewegungsrichtung X in dem Gebiet 2 bewegt werden.The implement is represented in this case by a vibrating plate 1, which is to be moved within a predetermined area 2 such that it gradually overruns the entire area of the area 2 and thus causes a uniform soil compaction. For this purpose, the vibrating plate 1 can be moved, for example, with the direction of movement X in the area 2.

Die Vibrationsplatte 1 kann in bekannter Weise z.B. einen Zwei-Wellen-Schwingungserreger aufweisen. Zudem sollte sie lenkbar sein, um das Rangieren in dem vorgegebenen Gebiet 2 zu ermöglichen.The vibrating plate 1 may be in a known manner e.g. have a two-wave vibration exciter. In addition, it should be steerable to allow shunting in the given area 2.

Wird die Positionsbestimmungsvorrichtung lediglich dazu genutzt, den Bewegungsweg der Vibrationsplatte 1 zu protokollieren, kann diese auch durch einen Bediener z.B. mit Hilfe einer Deichsel handgeführt werden.If the position determining device is only used to record the path of movement of the vibrating plate 1, it can also be detected by an operator, e.g. be guided by means of a drawbar.

Ebenso ist es möglich, dass die Vibrationsplatte 1 mit Hilfe einer Fernsteuerung oder auch mit Hilfe einer automatischen Steuerung gelenkt wird.It is also possible that the vibration plate 1 is steered by means of a remote control or by means of an automatic control.

Außerhalb des vorgegebenen Gebiets 2 sind ein als erste Lichtsendeeinrichtung dienender Rotationslaser 3 sowie ein ebenso als Lichtsendeeinrichtung dienender Rotationslaser 4 angeordnet. Die beiden Rotationslaser 3, 4 sollten dabei derart zueinander stehen, dass es in jedem Fall ausgeschlossen ist, dass die Vibrationsplatte 1 eine Verbindungslinie (Linie AB in Fig. 2) zwischen den beiden Rotationslasern 3, 4 überfahren kann. Dies wird z.B. dadurch erreicht, dass die beiden Rotationslaser 3, 4 auf einer Seite des vorgegebenen Gebiets 2 angeordnet sind, wie in Fig. 1 gezeigt.Outside the predetermined area 2, a rotary laser 3 serving as a first light-emitting device and a rotary laser 4 also serving as a light-emitting device are arranged. The two rotating lasers 3, 4 should stand in such a way to each other that it is excluded in any case that the vibrating plate 1 is a connecting line (line AB in Fig. 2 ) can drive over between the two rotary lasers 3, 4. This is achieved, for example, by arranging the two rotary lasers 3, 4 on one side of the predetermined area 2, as in FIG Fig. 1 shown.

Jeder der Rotationslaser 3, 4 erzeugt einen rotierenden Laser- bzw. Lichtstrahl 3a bzw. 4a. Die Lichtstrahlen 3a, 4a werden zumindest in der Art generiert, dass sie das gesamte vorgegebene Gebiet 2 überstreichen. Das bedeutet, dass dann, wenn die jeweilige Lichtsendeeinrichtung 3, 4 aufgrund der Rotation in eine andere Richtung als auf das vorgegebene Gebiet 2 strahlt, die Erzeugung des jeweiligen Lichtstrahls 3a, 4a unterbrochen werden kann.Each of the rotary lasers 3, 4 generates a rotating laser or light beam 3a or 4a. The light beams 3a, 4a are generated at least in such a way that they cover the entire predetermined area 2. That is, when the respective light emitting device 3, 4 radiates due to the rotation in a direction other than the predetermined region 2, the generation of the respective light beam 3a, 4a can be interrupted.

Im gezeigten Beispiel werden als Lichtsendeeinrichtungen die beiden Rotationslaser 3, 4 gezeigt. Selbstverständlich ist es möglich, die gewünschten rotierenden Lichtstrahlen auch mit anderen technischen Maßnahmen, z.B. mit Hilfe von rotierenden Scheinwerfern, rotierenden Spiegeln, rotierenden Leuchtdiodenfeldern oder mit umlaufend nacheinander geschalteten Lichtquellen zu generieren.In the example shown, the two rotating lasers 3, 4 are shown as light-emitting devices. Of course it is possible to use the desired rotating light beams also with other technical measures, e.g. to be generated by means of rotating headlights, rotating mirrors, rotating light-emitting diode arrays or with circulating sequentially switched light sources.

Die Rotationslaser 3, 4 sind mit möglichst großer Genauigkeit an Punkten positioniert, die vorher präzise, z.B. von einem Geodäten, eingemessen wurden. Auf diese Weise ist ein eindeutiger Bezug der später zu ermittelnden Positionsdaten der Vibrationsplatte 1 zu den geografischen Daten gewährleistet.The rotary lasers 3, 4 are positioned with the greatest possible accuracy at points that were previously measured precisely, eg by a geodesic. In this way, a clear reference of the later to be determined position data of the vibration plate 1 is guaranteed to the geographical data.

Die Rotationslaser können zudem das heutzutage verhältnismäßig preiswerte Laserentfernungsmessverfahren einsetzen.The rotary lasers can also use the relatively inexpensive laser range finding method today.

Im Zuge der Rotation jedes Lichtstrahls 3a, 4a trifft dieser zu einem bestimmten Zeitpunkt auch auf die Vibrationsplatte 1, nämlich wenn der Lichtstrahl 3a die Strahlrichtung 3b und der Lichtstrahl 4a die Strahlrichtung 4b einnimmt.In the course of the rotation of each light beam 3a, 4a this also hits the vibration plate 1 at a certain time, namely when the light beam 3a occupies the beam direction 3b and the light beam 4a assumes the beam direction 4b.

Auf der Vibrationsplatte 1 ist ein als Lichtempfangseinrichtung dienender Empfänger 5 vorgesehen, der das Auftreffen des jeweiligen Lichtstrahls 3a, 4a detektiert.On the vibrating plate 1 serving as a light receiving device receiver 5 is provided, which detects the impact of the respective light beam 3a, 4a.

Der Empfänger 5 ist derart ausgebildet, dass er bei Empfangen eines Lichtstrahls 3a, 4a ein entsprechendes Informationssignal 6 an eine Auswerteeinrichtung 7 aussendet. Mit dem Informationssignal 6 erhält die Auswerteeinrichtung 7 eine Information darüber, zu welchem Zeitpunkt ein Lichtstrahl von dem Empfänger 5 detektiert wurde. Darüber hinaus kann das Informationssignal auch Informationen dazu enthalten, von welchem Rotationslaser 3, 4 der Lichtstrahl stammt. Zu diesem Zweck können z.B. die Lichtstrahlen 3a, 4a eine geeignete Kennung (Lichtpulse bzw. -sequenzen, unterschiedliche Lichtfarben etc.) enthalten.The receiver 5 is designed in such a way that when receiving a light beam 3a, 4a it emits a corresponding information signal 6 to an evaluation device 7. With the information signal 6, the evaluation device 7 receives information about when a light beam was detected by the receiver 5. In addition, the information signal may also contain information about which rotary laser 3, 4 the light beam originates from. For this purpose, e.g. the light beams 3a, 4a contain a suitable identifier (light pulses or sequences, different light colors, etc.).

Das Informationssignal 6 kann in geeigneter Weise, z.B. per Funk- oder Infrarotstrecke zu der Auswerteeinrichtung 7 übermittelt werden.The information signal 6 may be suitably, e.g. be transmitted via radio or infrared link to the evaluation device 7.

Die Auswerteeinrichtung 7 ist in der Lage, aufgrund des Zusammenspiels der beiden Lichtstrahlen 3a, 4a und des Zeitpunkts ihres Auftreffens auf dem Empfänger 5 die Position des Empfängers 5 und damit der Vibrationsplatte 1 präzise zu bestimmen. Hierzu kann sich die Auswerteeinrichtung 7 z.B. des bekannten Triangulationsverfahrens bedienen, einer in der optischen Messtechnik verwendeten Methode zur Entfernungsmessung mit Licht.The evaluation device 7 is able due to the interaction of the two light beams 3a, 4a and the time of their impact on the receiver 5 to determine the position of the receiver 5 and thus the vibration plate 1 precisely. For this purpose, the evaluation device 7 can be used e.g. operate the known triangulation method, a method used in optical measurement method for distance measurement with light.

Um die Messung zuverlässig durchführen zu können, ist es erforderlich, dass die beiden Rotationslaser 3, 4 und zumindest die Auswerteeinrichtung 7, gegebenenfalls aber auch noch der Empfänger 5 miteinander synchronisiert sind.In order to perform the measurement reliably, it is necessary that the two rotary lasers 3, 4 and at least the evaluation device 7, but possibly also the receiver 5 are synchronized with each other.

Zu diesem Zweck ist jeder der beiden Rotationslaser 3, 4 mit einem Referenz- bzw. Nullwinkel N ausgestattet. Das bedeutet, dass jeder Rotationslaser 3, 4 "weiß", in welchem Winkel der jeweils ausgesendete Lichtstrahl 3a, 4a in Bezug auf den Nullwinkel N steht. Wenn der Nullwinkel N dementsprechend im Gelände ausgerichtet ist, kann auch eine entsprechende Information an die Auswerteeinrichtung 7 übermittelt werden, die es erlaubt, den aktuellen Winkel zwischen den jeweiligen Lichtstrahl 3a, 4a über Grund zu bestimmen, wenn der jeweilige Lichtstrahl gerade auf den Empfänger 5 auftrifft.For this purpose, each of the two rotary lasers 3, 4 is provided with a reference or zero angle N. This means that each rotating laser 3, 4 "knows" at which angle the respectively emitted light beam 3a, 4a is in relation to the zero angle N. If the zero angle N is aligned accordingly in the terrain, can also provide appropriate information to the evaluation 7, which makes it possible to determine the current angle between the respective light beam 3a, 4a above ground, when the respective light beam impinges on the receiver 5.

Der Nullwinkel N kann z.B. mit Hilfe eines - eventuell auch in den Rotationslaser 3, 4 integrierten - Kompasses gegenüber dem Nordpol ausgerichtet werden. Ebenso ist es möglich, ihn in Bezug auf einen vorgegebenen, im Bereich des Gebiets 2 vorhandenen oder einen anderen bekannten Punkt auszurichten.The zero angle N can be e.g. with the help of a - possibly also in the rotating laser 3, 4 integrated - compass are aligned with respect to the north pole. Likewise, it is possible to align it with respect to a given, existing in the area of area 2 or any other known point.

Mit Hilfe des zur Synchronisierung dienenden Nullwinkels N ist es möglich, den jeweiligen Drehwinkel α bzw. β zwischen dem Nullwinkel N und dem Lichtstrahl 3a, 4a zu ermitteln, wenn der Lichtstrahl 3a, 4a auf den Empfänger 5 auftrifft.With the aid of the zero angle N serving for the synchronization, it is possible to determine the respective rotational angle α or β between the zero angle N and the light beam 3a, 4a when the light beam 3a, 4a impinges on the receiver 5.

Die Auswerteeinrichtung 7 kann die aktuelle Position der Vibrationsplatte 1 in Form von relativen (z.B. bezogen auf das vorgegebene Gebiet 2) oder absoluten (bezogen auf das Erdinertialsystem) Koordinaten bestimmen und weiteren Einrichtungen zur Verfügung stellen. Zu diesen Einrichtungen kann eine Protokolleinrichtung gehören, die den Bewegungsweg der Vibrationsplatte 1 protokolliert. Ebenso ist es möglich, die Positionsinformation an eine z.B. aus der DE 103 17 160 A1 bekannte automatische Lenkeinrichtung weiterzugeben, deren Aufgabe es ist, die Vibrationsplatte 1 derart anzusteuern, dass sie nach und nach das gesamte vorgegebene Gebiet überfährt und so z.B. den Boden gleichmäßig verdichtet.The evaluation device 7 can determine the current position of the vibrating plate 1 in the form of relative (eg with respect to the given area 2) or absolute (with respect to the Erdinertialsystem) coordinates and provide other facilities available. These devices may include a logging device that logs the path of movement of the vibrating plate 1. It is also possible, the position information to an example from the DE 103 17 160 A1 Passing known automatic steering device, the object of which is to control the vibrating plate 1 so that it gradually overruns the entire predetermined area and so, for example, evenly compacts the soil.

Fig. 2 zeigt eine Variante, die noch einige Detailaspekte des Messverfahrens beleuchtet. Fig. 2 shows a variant that illuminates some details of the measurement process.

In diesem Fall ist zusätzlich zu den beiden Rotationslasern 3, 4 ein dritter Rotationslaser 8 vorgesehen. Der Rotationslaser 8 ist auf der dritten Ecke eines rechtwinkligen Dreiecks ABC angeordnet, das durch die drei Rotationslaser 3, 4, 8 gebildet wird.In this case, in addition to the two rotary lasers 3, 4, a third rotary laser 8 is provided. The rotary laser 8 is disposed on the third corner of a right triangle ABC formed by the three rotary lasers 3, 4, 8.

Im Unterschied zu der in Fig. 1 beschriebenen Variante wird somit der ausgesandte Laserstrahl durch den Empfänger 5 reflektiert, so dass der jeweilige Rotationslaser 3, 4, 8 die Entfernung zwischen dem Laser und dem Empfänger 5 erfassen kann.Unlike the in Fig. 1 Thus, the emitted laser beam is reflected by the receiver 5 so that the respective rotary laser 3, 4, 8 can detect the distance between the laser and the receiver 5.

Das anhand der Fig. 1 und 2 beschriebene Prinzip lässt sich ohne Weiteres auch umkehren. In diesem Fall ist ein Rotationslaser auf der Vibrationsplatte 1 vorgesehen, der einen um die Vertikalachse der Vibrationsplatte 1 rotierenden Lichtstrahl generiert. Am Rand des vorgegebenen Gebiets 2 sind zwei oder mehr Lichtempfänger an präzise vermessenen Orten aufgestellt, die temporär den rotierenden Lichtstrahl empfangen und entsprechende Signale an die Auswerteeinrichtung 7 liefern.That on the basis of Fig. 1 and 2 described principle can be easily reversed. In this case, a rotating laser is provided on the vibrating plate 1, which has a light beam rotating about the vertical axis of the vibrating plate 1 generated. At the edge of the predetermined area 2, two or more light receivers are placed at precisely measured locations, which temporarily receive the rotating light beam and deliver corresponding signals to the evaluation device 7.

Weitere Aspekte:

  • Zusätzlich kann ein als Referenz dienender Empfänger z.B. außerhalb des vorgegebenen Gebiets 2 angeordnet werden. Wenn der umlaufende Laserstrahl diesen Empfänger trifft, wird ein Nullsignal generiert und an die Auswerteeinrichtung 7 gesendet. Dann wird die Zeitdifferenz bis zum Passieren des Laserstrahls am Empfänger 5 der Vibrationsplatte 1 (Maschine M) gemessen und in das Verhältnis zu seiner Gesamtumlaufzeit (Rotationsgeschwindigkeit des Lichtstrahls) gesetzt. Auf diese Weise kann der Drehwinkel zu der Referenzbasis (Nullsignal N) gemessen werden.
  • Aus den Winkeln der beiden Lichtstrahlen 3a, 4a der beiden Rotationslaser 3, 4 kann bei Kenntnis der Orte der Rotationslaser 3, 4 der Schnittpunkt am Empfänger 5 eindeutig bestimmt werden.
  • Bei sehr stumpfen Winkeln, z.B. wenn die Vibrationsplatte die Position M2 in Fig. 2 erreicht hat, verlaufen die Lichtstrahlen der Rotationslaser 3, 4 in sehr spitzem Winkel zu der Verbindungslinie AB. In diesem Fall kann die Bestimmung ungenau werden. Für diese Bereiche ist es zweckmäßig, den dritten Rotationslaser 8 vorzusehen, der winklig zu der Grundlinie AB der beiden anderen Rotationslaser 3, 4 stehen sollte.
  • Die Drehgeschwindigkeiten der Lichtstrahlen müssen nicht idealerweise gleich und synchron sein. Vielmehr ist es auch möglich, unterschiedliche Drehzahlverhältnisse zu realisieren, wobei die Drehzahlen sich an Primzahlen orientieren sollten, um möglichst selten eine Überdeckung der Lichtstrahlen, insbesondere am Ort der Vibrationsplatte 1, zu bewirken.
Other aspects:
  • In addition, a receiver serving as a reference, for example, outside the predetermined area 2 can be arranged. When the circulating laser beam hits this receiver, a null signal is generated and sent to the evaluation device 7. Then, the time difference until passing the laser beam is measured at the receiver 5 of the vibrating plate 1 (machine M) and set in proportion to its total revolution time (rotation speed of the light beam). In this way, the rotation angle to the reference base (zero signal N) can be measured.
  • From the angles of the two light beams 3a, 4a of the two rotating lasers 3, 4, the point of intersection at the receiver 5 can be unambiguously determined, knowing the locations of the rotating lasers 3, 4.
  • At very obtuse angles, eg if the vibration plate is in position M 2 in Fig. 2 has reached, the light rays of the rotating laser 3, 4 extend at a very acute angle to the connecting line AB. In this case, the determination may become inaccurate. For these areas, it is expedient to provide the third rotary laser 8, which should be at an angle to the baseline AB of the other two rotary lasers 3, 4.
  • The rotational speeds of the light beams need not ideally be the same and synchronous. Rather, it is also possible to realize different speed ratios, the speeds should be based on primes in order to rarely overlap the light rays, especially at the location of the vibrating plate 1, to effect.

Claims (15)

Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Arbeitsgeräts (1) in einem vorgegebenen Gebiet (2), mit - wenigstens zwei getrennt von dem Arbeitsgerät (1) und getrennt voneinander an jeweils einem bekannten Ort anordenbaren Lichtsendeeinrichtungen (3, 4) zum Erzeugen jeweils eines um eine Vertikalachse rotierenden Lichtstrahls (3a, 4a); - einer an dem Arbeitsgerät (1) anordenbaren Lichtempfangseinrichtung (5) zum temporären Empfangen der Lichtstrahlen (3a, 4a); und mit - einer mit den Lichtsendeeinrichtungen (3, 4) und der Lichtempfangseinrichtung (5) gekoppelten Auswerteeinrichtung (7) zum Bestimmen der aktuellen Position der Lichtempfangseinrichtung (5) und damit des Arbeitsgeräts (1) aufgrund der bekannten Orte, an denen die Lichtsendeeinrichtungen (3, 4) angeordnet sind, und aufgrund der Zeitpunkte, zu denen die Lichtempfangseinrichtung (5) jeweils die Lichtstrahlen (3a, 4a) von den Lichtsendeeinrichtungen (3, 4) empfängt. Device for determining the position of a work implement (1) in a predetermined area (2), with - At least two separate from the working device (1) and separately from each other at a known location can be arranged light emitting devices (3, 4) for generating in each case a rotating about a vertical axis of light beam (3a, 4a); - One on the working device (1) can be arranged light receiving means (5) for temporarily receiving the light beams (3a, 4a); and with - One with the light emitting devices (3, 4) and the light receiving device (5) coupled evaluation device (7) for determining the current position of the light receiving device (5) and thus of the working device (1) due to the known places where the light emitting devices (3, 4), and due to the timings at which the light receiving means (5) respectively receive the light beams (3a, 4a) from the light emitting means (3, 4). Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Arbeitsgeräts (1) in einem vorgegebenen Gebiet (2), mit - einer an dem Arbeitsgerät (1) anordenbaren Lichtsendeeinrichtung zum Erzeugen eines um eine Vertikalachse rotierenden Lichtstrahls; - wenigstens zwei getrennt von dem Arbeitsgerät (1) und getrennt voneinander an jeweils einem bekannten Ort anordenbaren Lichtempfangseinrichtungen zum temporären Empfangen des Lichtstrahls; - einer mit den Lichtempfangseinrichtungen und der Lichtsendeeinrichtung gekoppelten Auswerteeinrichtung (7) zum Bestimmen der aktuellen Position der Lichtsendeeinrichtung und damit des Arbeitsgeräts (1) aufgrund der bekannten Orte, an denen die Lichtempfangseinrichtungen angeordnet sind, und aufgrund der Zeitpunkte, zu denen die Lichtempfangseinrichtungen jeweils den Lichtstrahl von der Lichtsendeeinrichtung empfangen. Device for determining the position of a work implement (1) in a predetermined area (2), with - One on the working device (1) can be arranged light emitting device for generating a light beam rotating about a vertical axis; - At least two separate from the working device (1) and can be arranged separately from each other at a known location can be arranged light receiving means for temporarily receiving the light beam; - An evaluation device (7) coupled to the light receiving means and the light emitting device for determining the current position of the light emitting device and thus of the working device (1) due to the known locations where the light receiving devices are arranged, and due to the times at which the light receiving devices respectively Receive light beam from the light emitting device. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - die Auswerteeinrichtung (7) räumlich getrennt von dem Arbeitsgerät (1) vorgesehen ist; und dass - eine Datenübertragungseinrichtung (6) zwischen der Lichtempfangseinrichtung (5) und der Auswerteeinrichtung (7) vorgesehen ist, zum Übertragen von Informationsparametern, die die Lichtempfangseinrichtung (5) empfängt. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that - The evaluation device (7) is provided spatially separated from the working device (1); and that - A data transmission device (6) between the light receiving means (5) and the evaluation device (7) is provided for transmitting information parameters, which receives the light receiving means (5). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsparameter ausgewählt sind aus der Gruppe Lichtempfangssignal (Signal, dass aktuell ein Lichtstrahl durch die Lichtempfangseinrichtung (5) empfangen wird), Zeitinformation (Zeitpunkt, zu dem ein Lichtstrahl empfangen wird), Kennung des jeweils empfangenen Lichtstrahls.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the information parameters are selected from the group light reception signal (signal that a light beam is currently received by the light receiving device (5)), time information (time at which a light beam is received), Identification of the respective received light beam. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl punktstrahlförmig oder vertikal-fächerförmig ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the light beam is formed punktstrahlförmig or vertically-fan-shaped. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Lichtstrahlen eine individuelle Kennung aufweist in Form von einer Sequenz von Lichtimpulsen oder einer vorbestimmten Wellenlänge.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one of the light beams has an individual identifier in the form of a sequence of light pulses or a predetermined wavelength. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsendeeinrichtung (3, 4) eine Rotationslasereinrichtung aufweist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the light-emitting device (3, 4) has a rotary laser device. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtempfangseinrichtung (5) einen Reflektor, einen Transponder und/oder einen Empfänger (Photodetektor) aufweist, zum Erzeugen eines den Informationsparameter repräsentierenden Signals.Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the light receiving device (5) comprises a reflector, a transponder and / or a receiver (photodetector), for generating a signal representing the information parameter. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass - zwei Lichtempfangseinrichtungen (5) an dem Arbeitsgerät (1) vorgesehen sind; - die Auswerteeinrichtung (7) ausgebildet ist zum Bestimmen einer Ausrichtung des Arbeitsgeräts über Grund aufgrund der von den beiden Lichtempfangseinrichtungen (5) empfangenen Lichtstrahlen. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that - Two light receiving means (5) on the working device (1) are provided; - The evaluation device (7) is adapted to determine an orientation of the implement over ground due to the light beams received by the two light receiving means (5). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Synchronisiereinrichtung (N) zum Synchronisieren der Auswerteeinrichtung (7) mit der an dem Arbeitsgerät (1) anordenbaren Lichtsendeeinrichtung oder den getrennt von dem Arbeitsgerät anordenbaren Lichtsendeeinrichtungen (3, 4) vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that a synchronizing device (N) for synchronizing the evaluation device (7) with the on the working device (1) can be arranged light transmitting device or arranged separately from the working device light emitting devices (3, 4) is provided , Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisiereinrichtung (N) zum Ausführen von wenigstens einer der folgenden Maßnahmen ausgebildet ist: - Ausrichten der Lichtstrahlen (3a, 4a) aller Lichtsendeeinrichtungen (3, 4) derart, dass sie stets parallel zueinander ausgerichtet sind; - Bestimmen einer jeweiligen Relativposition des Lichtstrahls zu der ihn aussendenden Lichtsendeeinrichtung (3, 4); Bestimmen einer Relativposition dieses Lichtstrahls über Grund aufgrund einer vorbekannten Ausrichtung der Lichtsendeeinrichtung (3, 4) über Grund; - Vorgeben der Reihenfolge der Lichtstrahlen beim Auftreffen auf die Lichtempfangseinrichtung (5) und Ansteuern der Lichtsendeeinrichtungen (3, 4) derart, dass die vorgegebene Reihenfolge stets eingehalten wird. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the synchronizing device (N) is designed for carrying out at least one of the following measures: - Aligning the light beams (3a, 4a) of all the light emitting devices (3, 4) such that they are always aligned parallel to each other; - determining a respective relative position of the light beam to the light emitting device (3, 4) emitting it; Determining a relative position of this light beam over ground due to a prior art orientation of the light emitting device (3, 4) over ground; - Specifying the order of the light beams when hitting the light receiving device (5) and driving the light emitting devices (3, 4) such that the predetermined order is always maintained. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (7) eine Korrektureinrichtung aufweist, zum Korrigieren der aufgrund der Auswertung der erfassten Lichtstrahlen aktuell bestimmten Position des Arbeitsgeräts (1) mit Hilfe von wenigstens einer der folgenden Maßnahmen: - Vergleichen der aktuell bestimmten Position mit der davor zuletzt bestimmten Position; daraus Bestimmen der aktuellen Fortbewegungsgeschwindigkeit und/oder Fortbewegungsrichtung des Arbeitsgeräts (1); Hochrechnen einer Veränderung der Position des Arbeitsgeräts (1) unter Berücksichtigung der aktuellen Fortbewegungsgeschwindigkeit und/oder Fortbewegungsrichtung sowie eines Zeitverzugs seit dem letzten Bestimmen der aktuellen Position; - Hochrechnen einer Veränderung der Position unter Berücksichtigung der aktuellen Maschinendaten des Arbeitsgeräts (1); - Hochrechnen der tatsächlichen aktuellen Position aufgrund der durch die Auswertung der erfassten Lichtstrahlen aktuell bestimmten Position und unter Berücksichtigung der bisherigen Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung des Arbeitsgeräts (1) und unter Berücksichtigung von einer durch einen an dem Arbeitsgerät (1) vorgesehenen Bewegungssensor erfassten Bewegungsänderung. Device according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the evaluation device (7) has a correction device for correcting the position of the working device (1) currently determined on the basis of the evaluation of the detected light beams with the aid of at least one of the following measures: - comparing the currently determined position with the previously determined position; determining therefrom the current travel speed and / or direction of travel of the implement (1); Computing a change in the position of the work implement (1) taking into account the current travel speed and / or travel direction and a time delay since the last determination of the current position; - Upgrading a change in position taking into account the current machine data of the implement (1); - Upsetting the actual current position due to the currently determined by the evaluation of the detected light rays position and taking into account the previous speed and / or direction of movement of the implement (1) and taking into account a detected by a on the implement (1) motion sensor movement change. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass getrennt von dem Arbeitsgerät (1) drei Lichtsendeeinrichtungen (3, 4, 8) oder drei Lichtempfangseinrichtungen vorgesehen sind, die in den Eckpunkten eines wenigstens einen Teil des vorgegebenen Gebiets (2) umschreibenden Dreiecks angeordnet sind.Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that separate from the working device (1) three light emitting devices (3, 4, 8) or three light receiving means are provided which circumscribe in the vertices of at least a part of the predetermined area (2) Triangles are arranged. Verfahren zum Bestimmen der Position eines Arbeitsgeräts (1) in einem vorgegebenen Gebiet (2), mit den Maßnahmen - Aussenden von jeweils einem um eine Vertikalachse rotierenden Lichtstrahl (3a, 4a) durch wenigstens zwei getrennt von dem Arbeitsgerät (1) an jeweils einem bekannten Ort anordenbaren Lichtsendeeinrichtungen (3, 4); - Empfangen der Lichtstrahlen (3a, 4a) durch eine an dem Arbeitsgerät (1) anordenbaren Lichtempfangseinrichtung (5) und Erzeugen von entsprechenden Signalen (6); - Auswerten des Signals (6) durch eine mit den Lichtsendeeinrichtungen (3, 4) und der Lichtempfangseinrichtung (5) gekoppelte Auswerteeinrichtung (7) und Bestimmen der aktuellen Position der Lichtempfangseinrichtung (5) und damit des Arbeitsgeräts (1) aufgrund der bekannten Orte, an denen die Lichtsendeeinrichtungen (3, 4) angeordnet sind, und aufgrund der Zeitpunkte, zu denen die Lichtempfangseinrichtung (5) jeweils die Lichtstrahlen von den Lichtsendeeinrichtungen (3, 4) empfängt. Method for determining the position of an implement (1) in a predetermined area (2), with the measures - emitting each of a light beam (3a, 4a) rotating about a vertical axis by at least two light emitting devices (3, 4) arranged separately from the working device (1) at a respective known location; - Receiving the light beams (3a, 4a) by a on the working device (1) can be arranged light receiving means (5) and generating corresponding signals (6); Evaluating the signal (6) by means of an evaluation device (7) coupled to the light-emitting devices (3, 4) and the light-receiving device (5) and determining the current position of the light-receiving device (5) and thus of the working device (1) on the basis of the known locations, on which the light emitting devices (3, 4) are arranged, and the timings at which the light receiving device (5) receives the light beams from the light emitting devices (3, 4), respectively. Verfahren zum Bestimmen der Position eines Arbeitsgeräts (1) in einem vorgegebenen Gebiet (2), mit den Maßnahmen - Aussenden von einem um eine Vertikalachse rotierenden Lichtstrahl durch eine an dem Arbeitsgerät anordenbare Lichtsendeeinrichtung; - Empfangen des Lichtstrahls durch wenigstens zwei getrennt von dem Arbeitsgerät (1) und getrennt voneinander an jeweils einem bekannten Ort anordenbaren Lichtempfangseinrichtungen und Erzeugen von entsprechenden Signalen; - Auswerten der Signale durch eine mit der Lichtsendeeinrichtung und den Lichtempfangseinrichtungen gekoppelte Auswerteeinrichtung und Bestimmen der aktuellen Position der Lichtsendeeinrichtung und damit des Arbeitsgeräts aufgrund der bekannten Orte, an denen die Lichtempfangseinrichtungen angeordnet sind, und aufgrund der Zeitpunkte, zu denen die Lichtempfangseinrichtungen jeweils den Lichtstrahl von der Lichtsendeeinrichtung empfangen. Method for determining the position of an implement (1) in a predetermined area (2), with the measures - emitting from a light beam rotating about a vertical axis through a light emitting device which can be arranged on the working device; - Receiving the light beam by at least two separate from the working device (1) and separately from each other can be arranged in a known place light receiving devices and generating corresponding signals; Evaluating the signals by means of an evaluation device coupled to the light-emitting device and the light-receiving devices and determining the current position of the light-emitting device and thus of the working device on the basis of the known locations at which the light-receiving devices are arranged, and of the times at which the light-receiving devices respectively emit the light beam from receive the light emitting device.
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