NL9301864A

NL9301864A - Stelsel voor het positioneren van een heistelling of soortgelijke inrichting.

Info

Publication number: NL9301864A
Application number: NL9301864A
Authority: NL
Original assignee: Hollandsche Betongroep Nv
Priority date: 1993-10-28
Filing date: 1993-10-28
Publication date: 1995-05-16
Also published as: EP0651305A1; EP0651305B1; DE69408086D1; US5548397A

Description

Stelsel voor het positioneren van een heistelling of soortgelijke inrichting

De uitvinding heeft betrekking op een stelsel voor het positioneren van een voertuig binnen een vooraf bepaald gebied, welk stelsel voorzien is van een laserzender/ontvanger en drie of meer laserreflectors die zich bevinden binnen en/of buiten het vooraf bepaalde gebied, waarbij de positie van de laserzender/ontvanger ten opzichte van de laserreflectors voortdurend wordt bepaald met behulp van een op zich bekende methode.

Een dergelijk stelsel is bekend uit US4796198. Het voertuig bestaat in dit stelsel uit een robotvoertuig dat in het bijzonder bestemd is voor het transporteren van goederen op een fabrieksterrein of voor het transporteren van meetapparatuur binnen een voor mensen gevaarlijk gebied. De laserzender/ontvanger is in dit geval gemonteerd op het voertuig en bevindt zich in principe midden op het voertuig op een zodanige hoogte dat de laserzender/ontvanger in alle richtingen een vrij zicht heeft in het bijzonder op een aantal laserreflectors die zich in dit stelsel bevinden langs de rand van het terrein. Met behulp van de laserzender/ontvanger wordt op grond van trigoniometrische berekeningen in de ontvanger voortdurend de positie vastgesteld van het midden van het voertuig ten opzichte van het samenstel van laserreflectors.

Indien niet onder alle omstandigheden een vrij zicht tussen de laserzender/ontvanger en de laserreflectors binnen of buiten het vooraf bepaalde gebied gewaarborgd is, bijvoorbeeld omdat er obstakels binnen het gebied aanwezig zijn, dan zullen extra laserreflectors op bekende posities geïnstalleerd moeten worden zodanig dat de laserzender/ontvanger op elke positie binnen het gebied tenminste drie reflectors kan aanstralen. Een dergelijk stelsel is beschreven in US4647784.

Een laserzender/ontvanger met verbeterde nauwkeurigheid is beschreven in US5076690. De verbetering van de nauwkeurigheid wordt bereikt door gebruik te maken van speciale hardware in combinatie met daarvoor geschikte besturingssoftware.

Naast de bovengenoemde algemene plaatsbepalingsstelsels zijn verder stelsels bekend die in het bijzonder bestemd zijn voor het bewaken en controleren van de werkzaamheden uitgevoerd door grondverzetmachines. In veel van deze stelsels wordt gebruik gemaakt van een laserzender/ontvanger die geplaatst is op een vaste positie langs de rand van een vooraf bepaald gebied waarbij op het voertuig tenminste een reflector is aangebracht. Voorbeelden van dergelijke stelsels zijn beschreven in FR2671625, US4129224 en EP0145565. In deze stelsels is de reflector zo- danig bevestigd aan het voertuig dat in principe alleen de positie van * een bepaald deel van het voertuig kan worden gecontroleerd. Deze positie vormt dan weer de referentie voor het controleren van de aan het voertuig bevestigde werktuigen die het eigenlijke grondverzetwerk uitvoeren.

Ook is al voorgesteld om rechtstreeks voortdurend de positie van het betreffende werktuig, in het bijzonder de schop aan het uiteinde van een gelede graafarm, te bepalen door de reflector aan het werktuig zelf te bevestigen, in het bijzonder aan de schop dan wel aan een deel van de graafarm. Voorbeelden daarvan zijn beschreven in DE3506326, DE3006329, EP0288314, EP0046854, FR2661983, FR2508075 en US3887012. Het nadeel van dergelijke stelsels is dat de reflectoren zich slechts af en toe in de laserbundel bevinden zodat slechts af en toe positie-informatie kan worden gegenereerd. Bovendien zijn dergelijke stelsels vanwege de vast opgestelde gerichte laserzender alleen geschikt voor het uitvoeren van grondverzetwerkzaamheden in een enkele vooraf bepaalde richting.

De uitvinding is er nu op gericht aan te geven hoe een voertuig dat voorzien is van mechanismen voor het uitvoeren van vooraf bepaalde werkzaamheden zodanig nauwkeurig kan worden gepositioneerd dat na positionering de genoemde werkzaamheden met grote nauwkeurigheid kunnen worden uitgevoerd.

Meer in het bijzonder is de uitvinding er op gericht aan te geven hoe een verrijdbare heistelling of ander soortgelijk voertuig zodanig nauwkeurig kan worden gepositioneerd dat na positionering de heipaal, de buis, het damwandelement of een ander langgerekt voorwerp met behulp van de stelling zodanig nauwkeurig in de grond kan worden ingebracht dat de eventuele afwijking ten opzichte van de geplande ideale positie ligt in de orde van maximaal enkele centimeters en bij voorkeur niet meer bedraagt dan enkele millimeters.

In overeenstemming met deze doelstelling verschaft de uitvinding nu een stelsel van in de aanhef genoemde soort met het kenmerk, dat het voertuig voorzien is van beweegbare delen waarmee vooraf bepaalde werkzaamheden kunnen worden uitgevoerd, dat met behulp van de laserzender/ontvanger voortdurend de positie van een referentiepunt van het voertuig ten opzichte van de laserreflectors wordt bepaald, dat het voertuig voorzien is van sensoren waarmee voortdurend de stand van een aantal beweegbare delen van het voertuig wordt gemeten, welke delen bepalend zijn voor de relatieve positie ten opzichte van het referentiepunt van de plaats waar de genoemde werkzaamheden worden uitgevoerd, dat een processor aanwezig is die zodanig is uitgevoerd en/of geprogrammeerd dat deze processor de uitgangssignalen van de genoemde sensoren en van de laserzender/ontvanger verwerkt en daaruit de positie bepaalt van de plaats, waar de werkzaamheden worden uitgevoerd, ten opzichte van de laserreflectors, en dat er een communicatieverbinding aanwezig is tussen de sensoren op het voertuig en de processor voor het overdragen van meetwaarden van de sensoren naar de processor en dat er een communicatieverbinding aanwezig is tussen de laserzender/ontvanger en de processor voor het overdragen van meetwaarden tussen de laserzender/ontvanger en de processor.

Een uitvoeringsvorm van het stelsel heeft het kenmerk dat het referentiepunt op het voertuig is voorzien van een laserreflector, en dat de laserzender/ontvanger zich bevindt op een vooraf bepaalde plaats vanwaar voldoende laserreflectors kunnen worden aangestraald om uit de verkregen meetwaarden de positie van de laserreflector op het referentiepunt te kunnen bepalen. De plaats, waar de laserzender/ontvanger wordt gepositioneerd, kan met de aangegeven voorwaarden binnen ruime grenzen, worden gevarieerd. In het bijzonder is het in deze uitvoeringsvorm mogelijk om de laserzender tijdens bedrijf tussentijds te verplaatsen naar een andere plaats. De processor kan allereerst de eigen positie van de laserzender/ontvanger op deze nieuwe plaats ten opzichte van de laserreflectors op het terrein vaststellen en kan daarna weer worden gebruikt voor het bepalen van de positie van de laserreflector op het referentiepunt op het voertuig.

In een andere uitvoeringsvorm bevindt de laserzender/ontvanger zich op het genoemde referentiepunt van het voertuig. In dat geval behoeft er geen laserreflector op het referentiepunt geplaatst te worden.

Ongeacht de plaats van de laserzender/ontvanger is er een communicatieverbinding aanwezig tussen de sensoren op het voertuig en de processor voor het overdragen van meetwaarden van de sensoren naar de processor en is er een communicatieverbinding aanwezig tussen de laserzender/ontvanger en de processor voor het overdragen van meetwaarden tussen de laserzender/ontvanger en de processor.

In het geval dat de laserzender/ontvanger zich niet op het voertuig bevindt verdient het de voorkeur, dat de communicatieverbinding tussen de sensoren op het voertuig en de processor voor het overdragen van meetwaarden van de sensoren naar de processor wordt gevormd door een draadloze communicatieweg. Bevindt de laserzender/ontvanger zich wel op het voertuig dan is het in veel gevallen eenvoudiger om de communicatie te laten verlopen via kabels, aangesloten tussen de processor en de diverse sensoren.

De communicatieweg tussen de processor en de laserzender/ontvanger * kan eveneens bestaan uit een draadloze communicatieweg, danwel uit een kabelverbinding.

In veel gevallen verdient het de voorkeur dat de processor zich bevindt op het voertuig. In dat geval levert het technisch weinig problemen op het stelsel zodanig uit te voeren dat het stelsel voorzien is van een met de processor verbonden indicatiepaneel waarop informatie omtrent de bepaalde positie van de plaats, waar het langgerekte voorwerp in de grond zal worden ingebracht, zichtbaar kan worden gemaakt, waarbij het indicatiepaneel zich bevind op het voertuig. De informatie op het paneel is in dat geval direct beschikbaar voor het personeel dat het voertuig bedient.

Zoals boven is opgemerkt kan de uitvinding met voordeel worden toegepast bij een verrijdbare heistelling, boorstelling of soortgelijke inrichting, bestemd voor het in de grond inbrengen van langgerekte voorwerpen zoals heipalen, damwandelementen, schroefpalen, buizen en dergelijke. Het verdient in dat geval de voorkeur dat het indicatiepaneel uitgevoerd is als een tweedimensionaal weergeefpaneel waarop de bepaalde positie van de plaats waar het langgerekte voorwerp in de grond zal worden ingebracht en/of van de positie van het voertuig als geheel zichtbaar wordt gemaakt als een markering die gesuperponeerd is op een plattegrond van het vooraf bepaalde gebied. Een dergelijke uitvoering wordt door het bedieningspersoneel als zeer gebruiksvriendelijk ervaren.

Het verdient verder de voorkeur dat middelen aanwezig zijn om op de plattegrond, die op het weergeefpaneel wordt getoond, tenminste een vooraf bepaalde gewenste positie te markeren, en dat middelen aanwezig zijn om op de plattegrond op het weergeefpaneel zover in te zoomen dat het voor het bedieningspersoneel van het voertuig mogelijk wordt om door manipuleren van het voertuig en/of de genoemde delen, die bepalend zijn voor de plaats waar het langgerekte voorwerp in de grond zal worden ingébracht een gewenste positie binnen een vooraf bepaalde tolerantie te laten samen vallen met de genoemde bepaalde positie.

De uitvinding zal in het volgende nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande figuren.

Figuur 1 toont een gedeelte van een verrijdbare heistelling waarbij de uitvinding kan worden toegepast.

Figuur 2 toont in de vorm van een blokschema de middelen die deel uitmaken van een voorkeursuitvoeringsvorm van een stelsel volgens de uitvinding.

Figuur 3 toont in een aantal aanzichten a, b en c een voorbeeld van de manier waarop de gegevens die door het stelsel worden bepaald op het weergeefscherm aan de machinist van de heistelling kan worden getoond.

Figuur 4 toont een uitvoeringsvorm van een laserreflector.

Figuur 5A...5E toont een stroomschema van de wijze waarop het stelsel tijdens bedrijf functioneert. Figuur 5F geeft aan hoe de figuren 5A ___ 5E onderling samenhangen.

Figuur 6 toont een uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding waarbij zowel de processor als ook de laserzender/ontvanger zich niet op het voertuig bevinden.

Figuur 1 toont een verrijdbare heistelling, die als geheel aangeduid is met 10. De heistelling is voorzien van een cabine 12, een gene-ratoreenheid 14 en een ballastblok 15, die tezamen geplaatst zijn op een frame 16. Het frame 16 is via een draailager 18 geplaatst op een onderstel 20 dat door middel van de rupsbanden 22 kan worden voortbewogen. Eén uiteinde van een schuiftafel 24 is met rotatiemogelijkheden bevestigd aan het frame 16, terwijl het andere uiteinde van de schuiftafel 24 via scharnier 25 is bevestigd aan de verticale heipaalgeleider 26, waarvan in de figuur slechts een deel zichtbaar is. Naast de heipaalgeleider 26 is een deel van een heipaal 28 zichtbaar.

Tijdens normaal bedrijf wordt allereerst de heistelling op de rupsbanden 22 naar de gewenste plaats gereden. Vervolgens wordt door het zonodig verdraaien van het frame 16 met behulp van het draaistel 18 en/of door het verder in- of uitschuiven van de schuiftafel 24 de verticale geleider 26 op de gewenste plaats gemanoeuvreerd. Daarna wordt de paal-geleider 26 afgesteund op zijn voetstuk 30 en tevens wordt de gehele stelling gefixeerd door middel van één of meer grondsteunen waarvan er in figuur 1 één aan de achterzijde van de heistelling zichtbaar is, aangeduid met 32. Na deze positioneringsmanoeuvre kan begonnen worden met het inheien van de paal 28.

De tot zover beschreven inrichting is geheel conventioneel en wordt voor een deskundige bekend verondersteld. Nadere details zullen derhalve niet worden besproken.

De nauwkeurigheid in de posities van de in de grond ingebrachte heipalen blijkt bij de bekende heistellingen soms duidelijk onvoldoende te zijn. Afwijkingen van zelfs enkele decimeters kunnen voorkomen en dergelijke afwijkingen kunnen van ingrijpende invloed zijn op de voor de verdere bouw toe te passen constructie.

De positie van de plaatsen waar de heipalen moeten worden ingébracht wordt bepaald door metingen ten opzichte van een aantal piket paaltjes waarvan de plaats met behulp van bekende meetmethoden wordt vastgesteld. Tijdens het uitzetten van de piketpaaltjes kunnen fouten worden gemaakt. Belangrijker is echter dat na het uitzetten de paaltjes soms van hun plaats raken en op de gok weer teruggezet kunnen worden. Tevens kinnen fouten gemaakt worden bij het positioneren van de heipaal ten opzichte van de piket.

Door toepassing van de uitvinding wordt nu het gebruik van piketpaaltjes vermeden.

In het kader van de uitvinding is de op zichzelf bekende heistelling voorzien van een roterende laserzender/ontvanger 34 die in het getoonde uitvoeringsvoorbeeld via een steunelement 36 bevestigd is aan het ballastblok 15. Verder is de stelling voorzien van een eerste waterpas 38 en een tweede waterpas 40. De eerste waterpas 38 wordt gebruikt voor het meten van de eventuele schuinstand van de heistelling in dwarsrich-ting en in de langsrichting, terwijl de tweede waterpas 40 bestemd is voor het meten van de eventuele schuinstand van de schuiftafel 24 in de langsrichting van de stelling. Verder is de stelling voorzien van een lengtemeter 42 waarmee de momentane lengte van de schuiftafel wordt bepaald.

De waterpassen 38 en 40 zijn van een type waarmee, afhankelijk van de gedetecteerde schuinstand analoge danwel digitale signalen kunnen worden gegenereerd. Dergelijke "elektronische" waterpassen zijn op zichzelf aan de deskundige bekend en behoeven daarom geen nadere bespreking.

Ook de lengtemeter 42 is van een type waarmee analoge of digitale signalen kunnen worden gegenereerd afhankelijk van de momentaan vastgestelde lengte. Dergelijke "elektronische" lengtemeters zijn, bijvoorbeeld in de vorm van elektronische rolmaten, op zichzelf eveneens aan de vakman bekend en behoeven derhalve geen nadere detailuitleg.

Bij voorkeur is de stelling verder voorzien van ten minste een tem-peratuurvoeler 41, die bijvoorbeeld gemonteerd kan zijn aan de schuiftafel 24 en die bestemd is om de temperatuur van de schuiftafel te meten. De heistelling moet kunnen functioneren bij sterk variërende temperaturen. Omdat de dimensies van diverse delen van de stelling, zoals de schuiftafel 24, het frame 16 en de paalgeleider 26, echter tempera-tuurafhankelijk zijn, verdient het in verband met de nagestreefde nauwkeurigheid de voorkeur om ook te beschikken over informatie omtrent de momentane temperatuur van de diverse delen van de heistelling. Eventueel kunnen voor dit doel meerdere temperatuurmeters op diverse delen van de stelling worden aangebracht.

De laserzender/ontvanger 34 kan bijvoorbeeld van een type zijn dat in detail beschreven is in het al eerder genoemde Amerikaanse octrooi-schrift US 5076690. Met behulp van deze laserzender/ontvanger 34 is het mogelijk om de plaats van de zender/ontvanger ten opzichte van een aantal reflectoren, die rond het bouwterrein zijn geplaatst, nauwkeurig vast te stellen. Niet alleen de plaats kan nauwkeurig worden bepaald ook de hoekstand ten opzichte van een denkbeeldige referentielijn die bepaald wordt door de posities van de verschillende reflectoren kan worden vastgesteld, met andere woorden de richting van de lengte-as van de heistelling als geheel kan met behulp van de laserzender/ontvanger worden bepaald. De positie-informatie die in de laserzender/ontvanger 34 wordt gegenereerd, wordt toegevoerd aan een computer 44 die in figuur 1 in een afzonderlijke behuizing boven op de generatoreenheid 14 is geplaatst. Deze computer zou ook in de cabine of op een andere geschikte plaats opgesteld kunnen worden. Aan deze computer worden bovendien de signalen toegevoerd van de eerste waterpas 38, de tweede waterpas 40, de eventuele temperatuurvoelers 41 en de lengtemeter 42.

In de cabine 12 van de heistelling bevindt zich een weergeefpaneel 48 en een door de machinist van de heistelling te bedienen invoereenheid 46, bijvoorbeeld in de vorm van een joystick, trackerball of iets dergelijks. Beiden zijn in figuur 1 niet zichtbaar maar worden wel schematisch weergegeven in figuur 2.

Figuur 2 toont in de vorm van een blokschema de middelen die deel uitmaken van een voorkeursuitvoeringsvorm van een stelsel volgens de uitvinding. De computer 44, in het midden van figuur 2, ontvangt van de laserzender/ontvanger 34 gegevens omtrent de coördinaten X, Y en Z van de eigen positie ervan. De waterpas 38 levert gegevens omtrent een eventuele schuinstandhoek in de langsrichting van het frame 16 en de richting loodrecht daarop en de waterpas 40 levert gegevens omtrent de eventuele schuinstand van de schuiftafel 24 in de lengterichting van de heistelling 10. De lengtemeter 42 levert gegevens omtrent de momentane lengte L van de schuiftafel 24.

Als optie kan een toetsenbord 43 op de processor worden aangesloten, welk toetsenbord bijvoorbeeld kan worden gebruikt om de processor te programmeren. Als verdere optie zou de processor gekoppeld kunnen worden met een floppy disk geheugen, een schijfgeheugen of een ander geheugenmedium voor massaopslag. Gezien de nogal ruwe omgeving waarin de processor zijn taak moet uitvoeren verdient het echter de voorkeur het aantal randapparaten tijdens bedrijf zoveel mogelijk te beperken.

In het geheugen van de computer zijn verder gegevens opgeslagen omtrent een aantal verdere vaste maten van de stelling. Deze maten moeten bij installatie van het stelsel eenmalig in het geheugen worden ingevoerd en opgeslagen. Indien aanwezig dan leveren de temperatuurvoelers 41 gegevens omtrent de momentane temperatuur van een of meer delen van de stelling, waarvan de nauwkeurige afmetingen temperatuur-afhankelijk zijn en daarom de genoemde maten kunnen beïnvloeden.

Het zal voor een deskundige duidelijk zijn dat met al deze gegevens de relatieve positie van de voet van de heipaal 28 direct boven de grond ten opzichte van de plaats van de laserzender/ontvanger 34 kan worden berekend. Aangezien de absolute positie van de laserzender/ontvanger ten opzichte van de reflectoren geplaatst op het terrein bekend is, is daarmee ook de absolute positie van de voet van de paal 28 bekend. Een geschikt programma, voor het uitvoeren van de nodige berekeningen, is tijdens bedrijf in de computer 44 geladen en zal in het volgende nog in meer detail worden besproken.

Tijdens bedrijf wordt door de laserzender/ontvanger 34 voortdurend de eigen positie bepaald ten opzichte van de verschillende reflectoren. Daarbij wordt in het bijzonder de hoek bepaald ten opzichte van elk van de reflectoren en uit de combinatie van binnenkomende signalen wordt direct de X-, Y- en Z-coördinaat van de momentane positie van de laserzender/ontvanger 34 bepaald. Deze gegevens worden door de computer 44 uitgelezen en ingevoerd in een tekenprogramma, zoals bijvoorbeeld het programma AutoCad. Met behulp van dit tekenprogramma wordt, zoals nog zal worden besproken, op het beeldscherm 48 in de cabine 12 een plattegrond getekend van het gehele bouwterrein en aan de hand van de X- en Y-coördinaat, gemeten door de laserzender/ontvanger 34, wordt op deze plattegrond de positie van de heistelling 10 aangegeven.

Figuur 3a toont schematisch een voorbeeld van de wijze waarop de positiegegevens aan de machinist van de heistelling zichtbaar gemaakt kunnen worden. Op het scherm 50 van de weergeefeenheid 48 wordt allereerst een plattegrond van het gehele bouwterrein getoond met afzonderlijk gemarkeerd de op het terrein geplaatste laserreflectoren. Deze zijn in figuur 3a aangegeven als rechthoekjes 52a, 52b, ____52x. Als er een voldoende groot aantal reflectoren wordt toegepast dan is de laserzender 34 niet alleen in staat om zijn eigen positie ten opzichte van de reflectoren te bepalen maar kan ook de plaats van elke reflector ten opzichte van de andere reflectoren worden bepaald, aannemend dat er ten minste enkele referentiegegevens bekend zijn. Mocht een reflector tijdelijk van zijn plaats verwijderd worden dan kan bij herplaatsing de nieuwe positie eenvoudig worden "geijkt".

De laserzender/ontvanger 34 berekent niet alleen de momen- tane X- en Y-coördinaat van zijn eigen positie, maar berekent ook de richting van de lengte-as van de heistelling. Het is derhalve mogelijk om bij weergave op het scherm de heistelling zichtbaar te maken in de vorm van een symbool waaruit blijkt wat de voor- en de achterzijde van de heistelling is en op welk punt zich de heipaalgeleider 26 respectievelijk de heipaal 28 bevindt. Een dergelijk symbool 54 is als voorbeeld op het scherm 50 in figuur 3a weergegeven.

Naast de momentane positie van de heistelling worden op het scherm bovendien door middel van geschikte indicaties, bijvoorbeeld kruisjes 56a, 56b,....56x, aangegeven waar heipalen moeten worden geplaatst. De kraanmachinist ziet dus op het scherm de gewenste positie van de nog te plaatsen heipalen en anderzijds de momentane positie van de heistelling. De machinist selecteert de paal die hij wil gaan plaatsen met behulp van de joystick of trackerball 46. Op basis van het scherm rijdt de machinist de stelling 10 nu naar de plaats waar de volgende paal moet worden geslagen. De software die in de computer 44 is geladen, functioneert bij voorkeur zodanig dat bij nadering van de gekozen positie het beeld op het scherm automatisch wordt ingezoomd. Nu beginnen in het bijzonder ook de meetwaarden, gegenereerd door de waterpassen 38 en 40, door de leng-temeter 42 en door de eventueel aanwezige temperatuurvoelers 41 een belangrijke rol te spelen. Ook de door deze sensoren afgegeven meetwaarden worden toegevoerd aan de computer 44 en daarin tezamen met het signaal van de laserzender/ontvanger 34 verwerkt teneinde de exacte plaats van het midden van het voetpunt van de heipaal 28 in de stelling te berekenen. Deze berekende middenpositie van de heipaal 28 wordt bijvoorbeeld op het scherm zichtbaar gemaakt als een cirkel 58 aan het einde van de symbolisch weergegeven schuiftafel 60 op de wijze als getoond in figuur 3B. Tegelijkertijd wordt de gewenste positie, waar de nieuwe heipaal moet worden geslagen, bijvoorbeeld weergegeven als een vizierkruis 62. De machinist moet er nu voor zorgen dat het vizierkruis gelijk komt te liggen met de paalcirkel 58. Zodra dat het geval is wordt de heistelling gefixeerd door middel van de steunpoten 32 of eventuele andere daartoe aanwezige middelen en wordt de volgende paal 28 geslagen.

Na het installeren van de paal wordt door de machinist met de joystick 46 een melding gegeven aan de computer 44 die de paal vervolgens in het programma als "aanwezig" kenmerkt en de markering van de betreffende paal zodanig wijzigt dat dit feit voor de waarnemer duidelijk is, bijvoorbeeld op de wijze die bij 64 op het scherm in figuur 3C is weergegeven. De uiteindelijke positie van de paal wordt nu vastgelegd, waardoor de eventuele afwijking van de geplande positie vaststaat.

Na het installeren van de paal selecteert de machinist een nieuwe paal en rijdt de stelling in de richting van de nieuwe paalpositie. Zodra de stelling zich op voldoende korte afstand bevindt, wordt het scherm weer automatisch ingezoomd en is de machinist in staat om de nieuwe heipaal 28 nauwkeurig boven de gewenste positie te brengen. Ook deze paal wordt na installatie als "aanwezig" gekenmerkt, en de machinist kan verder met de volgende paal.

De inmiddels vastgestelde werkelijke positie van iedere paal wordt door de software in een bestand opgeslagen. Zijn alle heipalen op hun plaats geslagen, dan kan dit totale bestand worden overhandigd aan de opdrachtgever die daarmee nauwkeurig weet waar de palen zich bevinden en bovendien een bewijsmiddel en controlemiddel heeft waaruit blijkt dat de werkzaamheden volgens de specificaties zijn uitgevoerd. Zoals gebleken is uit praktijkproeven ligt de nauwkeurigheid, die met dit stelsel kan worden gerealiseerd, overigens in de orde van 5-10 mm.

In het ideale geval zou de laserzender/ontvanger 34 een blikveld van 360° moeten bezitten. Bovendien moet de eenheid 34 altijd horizontaal staan, ongeacht een eventuele schuinstand van de heistelling zelf. Een ongestoord blikveld van 360° zou vereisen dat de laserzender/ontvanger boven op de makelaar op de top van de heipaalgeleider 26 moet worden geplaatst. Alhoewel een dergelijke positie tot de mogelijkheden behoort, is het in de praktijk niet erg handig. Daarom is in een praktische opstelling gekozen voor een plaats op een hoek aan de achterzijde van de stelling zoals geïllustreerd is in figuur 1. Op deze plaats had de eenheid 34 een blikveld van 270° en in samenhang met een voldoend aantal reflectoren langs de rand van het terrein bleek het daarmee mogelijk te zijn om de positie van de eenheid 34 met de gewenste nauwkeurigheid te kunnen bepalen.

Om een altijd horizontale stand van de eenheid 34 te waarborgen, verdient het de voorkeur om de eenheid 34 cardanisch op te hangen. Dergelijke cardanische ophangmechanismen zijn op zichzelf bekend en een uitgebreide bespreking daarvan wordt in het kader van de uitvinding dan ook overbodig geacht.

De reflectoren die langs de rand van het terrein worden geplaatst, bestaan bij voorkeur uit palen die verticaal in de grond worden geplaatst. Figuur 4 toont een voorbeeld waarbij de eigenlijke reflector-paal 70 met behulp van twee schoorlatten 72 en 74 en twee piket-paaltjes 76 en 78 verticaal kan worden gesteld op een wijze zoals in de bouwwereld gebruikelijk is. Op de paal 70 bevindt zich reflecterend materiaal 80 dat aangebracht is in onderling evenwijdige verticaal verlopende banen op zodanige wijze dat tijdens het aftasten door de horizontaal roterende laserbundel een gecodeerd reflectiesignaal wordt ontvangen. Door het patroon van reflecterende banen voor elke reflector anders te kiezen ontstaan bij elke paal anders gecodeerde signalen waaruit de laserzender/ontvanger 34 derhalve de betreffende paal kan herkennen. Het gebruik van op deze wijze gecodeerde reflectoren wordt overigens ook al beschreven in het eerder genoemde Amerikaanse octrooischrift US 5076690.

Alhoewel theoretisch met slechts drie reflectoren buiten en/of binnen het bouwterrein kan worden volstaan verdient het de voorkeur om een groter aantal reflectoren te gebruiken, zeker indien de laserzender/-ontvanger 34 op de wijze als getoond is in figuur 1 zodanig wordt gemonteerd dat deze geen volledig 360° blikveld heeft. Uit praktijkproeven is gebleken dat het de voorkeur verdient de reflectoren zodanig op te stellen dat, indien de laserzender/ontvanger zich ongeveer in het midden van het bouwterrein zou bevinden, telkens om de ongeveer 30° een reflector zichtbaar is. Met andere woorden, indien het bouwterrein als cirkelvormig wordt beschouwd dan verdient het de voorkeur om 12 reflectoren bij benadering equidistant langs de rand van het bouwterrein te plaatsen. De laserzender/ontvanger 34 heeft dan onder alle omstandigheden een voldoend aantal reflectoren binnen zijn blikveld om de positie van de heipaal 28 met de gewenste nauwkeurigheid te kunnen vaststellen.

In het volgende zal aan de hand van een stroomschema, dat weergegeven is in de figuren 5A...5E de werking van het gehele stelsel nogmaals in meer detail worden besproken.

In blok 101 worden een aantal vaste gegevens per bouwplaats vastgelegd. Daarbij gaat het om de bepaling van het tweedimensionale of driedimensionale assenstelsel van de bouwplaats uit een aantal referentiepunten, het inlezen van de bouwplaatstekening, in het volgende aangeduid met BPT, tezamen met het palenplan alsmede alle gegevens betreffende de palen, en een transformatie van het tweedimensionale of driedimensionale assenstelsel van de bouwplaats naar het tweedimensionale of driedimensionale assenstelsel van de bouwplaatstekening.

In blok 102 wordt aangegeven welke vaste gegevens van de gebruikte stelling in het stelsel bekend moeten zijn. Daarbij gaat het om het type van de machine en de paalgeleider of makelaar, de lokatie en het type van de laserzender/ontvanger en een specificatie van de maten die nodig zijn voor transformaties van coördinaten vanaf de zender/ontvanger naar het midden van de paal/boor met het bouwputwaterpasvlak.

In blok 103 moet door de machinist van de heistelling worden gekozen tussen heien of boren. Vervolgens wordt in blok 104 bepaald waar de gegevens moeten worden opgeslagen en/of opgehaald en daarna wordt in blok 105 het gekozen medium gebruikt om daarop inderdaad alle gegevens van de bouwplaats en van de heistelling vast te leggen of op te halen.

In blok 106 wordt vervolgens de werking van een aantal componenten van de stelling gecontroleerd zoals de goede werking van de laserzen-der/ontvanger, de waterpassen, de lengtemeter van de schuiftafel en, indien aanwezig de temperatuursensoren.

In blok 107 wordt de momentane positie van de stelling bepaald en in blok 108 wordt de positie van het midden van de heipaal/boor die door de stelling wordt gedragen, op het bouwputwaterpasvlak berekend. In blok 109 wordt de bouwplaatstekening BPT op het scherm zichtbaar gemaakt en op deze tekening wordt ook de momentane plaats van de stelling afge-beeld.

In het afvraagblok 110 wordt de vraag gesteld of het gaat om een nieuwe paalpositie of niet. Gaat het niet om een nieuwe paalpositie dan wordt verdergegaan met blok 120, als het wel om een nieuwe paalpositie gaat dan wordt verdergegaan met het blok 111. In het laatstgenoemde blok wordt gekeken of de weergave op het scherm voldoende is of niet. Is de weergave op het scherm voldoende dan moet in blok 112 een nieuwe paalpositie worden gekozen en in blok 113 wordt gecontroleerd of deze keuze inderdaad is gemaakt. Zo niet dan wordt opnieuw teruggeschakeld naar blok 112 net zo lang tot de nieuwe paalpositie gemarkeerd is. Zodra dat gebeurd is, wordt in blok 118 actie ondernomen om de gekozen paalpositie op het scherm te markeren.

Wordt in blok 111 vastgesteld dat de weergave op het scherm te klein is dan wordt in blok 114 allereerst ingezoomd, waarna vervolgens in de lus waarin de blokken 115 en 116 zijn opgenomen de paalpositie moet worden gekozen. Vervolgens wordt in blok 117 eerst weer teruggezoomd naar de normale schermweergave, waarna in blok 118 de via deze route gekozen paal op het scherm wordt gemarkeerd.

In blok 120 wordt de momentane positie van het midden van de heipaal of de boor ten opzichte van het bouwputwaterpasvlak berekend en wordt bovendien de afstand tussen dit midden en de nieuwe paalpositie berekend.

Vervolgens wordt tijdens het bewegen van de heistelling naar de juiste positie geleidelijk aan ingezoomd zodanig dat de machinist van de heistelling in staat is om aan de hand van het beeld, dat op het scherm wordt weergegeven, de stelling nauwkeurig op de gewenste nieuwe paalpositie te positioneren.

Aan het begin van deze inzoomprocedure staat blok 130 waarin wordt gekeken of de afstand tot aan de nieuwe paalpositie al dan niet kleiner is dan 25 meter. Is de afstand kleiner dan 25 meter dan wordt in blok 131 gecontroleerd of de eerste zoomstand "zoom 0" al is ingeschakeld. Is dat niet het geval dan wordt in blok 132 deze zoomstand geactiveerd. Vervolgens wordt een soortgelijk proces uitgevoerd in de blokken 133, 134 en 135, waarbij nu gekeken wordt of de afstand tot aan de nieuwe paalpositie kleiner is dan 1 meter en, indien dit het geval is, dan wordt de volgende zoomstand "zoom 1" indien nodig geactiveerd. Dit proces herhaalt zich nogmaals in de blokken 135, 137 en 138. De afstand tussen de positie van het midden van de heipaal en de nieuwe paalpositie is nu kleiner dan 30 cm en, ter ondersteuning van de machinist van de stelling worden nu op het scherm de coördinaten van de nieuwe paalpositie en de nog af te leggen afstand tot aan deze positie weergegeven.

Heeft de machinist de stelling in een zodanig positie gemanoeuvreerd dat de afstand tot aan de nieuwe paalpositie kleiner is dan 5 cm dan zal de vraag in blok 140 met "ja" worden beantwoord. In blok 141 wordt gecontroleerd of het heiproces al actief was, en zo niet, dan krijgt de machinist in blok 142 de vraag op het scherm "Beginnen met heien?". In blok 143 wordt gewacht op een desbetreffend antwoord van de machinist. Wordt gekozen om te beginnen met het heiproces dan wordt dit in blok 144 op het scherm zichtbaar gemaakt.

Tijdens het heiproces blijft de procedure rondlopen in de blokken 145, 146 en 147. Zolang het heiproces actief is, wordt deze lus doorlopen totdat de machinist aangeeft dat het proces voltooid is. In dat geval wordt de vraag in blok 147 met "ja" beantwoord en zal het proces verder gaan met de combinatie van de blokken 150, 151 en 152. In blok 150 wordt op het scherm een merkteken aangebracht, waarmee aangegeven wordt dat op de betreffende plaats het heiproces is voltooid. In blok 151 wordt ervoor gezorgd dat de gegevens van de zojuist geslagen paal op een informatiedrager, zoals de IBG worden vastgelegd en in blok 152 wordt ervoor gezorgd dat de weergave op het scherm teruggaat naar de uitgangspositie, met andere woorden er wordt volledig uitgezoomd zodanig dat de volledige bouwplaatstekening weer op het scherm zichtbaar wordt. In blok 160 wordt de vraag gesteld of het heiproces voor de nieuwe paalpositie is uitgevoerd. Het antwoord in dit blok luidt "nee" in de fase waarin de machinist bezig is de heistelling naar de nieuwe positie te verplaatsen, waarbij de afstand tussen het midden van de heipaal en de nieuwe positie nog niet kleiner geworden is dan 5 cm. In dat geval gaat het proces verder met blok 161 waarin maatregelen worden getroffen om de positie van de stelling op het scherm telkens te corrigeren. Vervolgens worden in blok 162 alle momentane meetgegevens van de laserzender/ont-vanger, van de diverse waterpassen en van de lengtemeter uitgelezen op grond waarvan vervolgens in blok 120 de nieuwe momentane positie kan worden berekend.

Indien er temperatuurvoelers aanwezig zijn dan worden de waarden daarvan in het blok 163 uitgelezen. Om te voorkomen dat er telkens zeer kleine en ondergeschikte correcties moeten worden uitgevoerd, worden deze temperatuurgegevens slechts met vooraf bepaalde intervallen uitgelezen, bijvoorbeeld met een interval van 15 minuten. Daartoe dient het blok 164 waarin wordt gecontroleerd of het betreffende interval al verlopen is.

Wordt de vraag in blok 160 met "ja" beantwoord dan heeft de machinist of een ander in blok 166 de mogelijkheid om eventuele opmerkingen of verder commentaar aan de opgeslagen gegevens toe te voegen. Daarna wordt in blok 168 gecontroleerd of alle palen zijn geslagen. Zo niet, dan gaat het proces terug naar blok 110. Zijn wel alle palen geslagen dan wordt in blok 170 de mogelijkheid geboden om eventueel afsluitend commentaar aan de gegevens toe te voegen en daarna worden in blok 172 alle gegevens opgeslagen.

Alhoewel in het voorgaande de toepassing van de uitvinding is besproken van een heistelling voor het inheien van een paal, zal het duidelijk zijn dat de uitvinding ook kan worden toegepast bij stellingen voor het in de grond slaan van damwandelementen, voor het boren van gaten, het inslaan van buizen, enz.

Bovendien is in het bovenstaande een uitvoeringsvoorbeeld van het stelsel beschreven waarbij zowel de laserzender/ontvanger alsook de processor zijn geplaatst op een heistelling. Het is echter binnen het kader van de uitvinding ook mogelijk om de laserzender/ontvanger en de processor los van de heistelling ergens op het terrein te plaatsen waarbij er geschikte communicatieverbindingen, bijvoorbeeld draadloze verbindingen, voor de overdracht van data aanwezig moeten zijn. Een uitvoering van een dergelijk stelsel is schematisch geïllustreerd in figuur 6.

Figuur 6 toont schematisch een plattegrond van een terrein waarop zes laserreflectors 200A, 200B...200F zijn geplaatst. Op het terrein bevindt zich verder de laserzender/ontvanger 202 alsmede de verrijdbare heistelling 203, beiden in die figuur slechts schematisch getoond. De verrijdbare heistelling 203 is voorzien van een laserreflector 201 en is verder voorzien van een radiozender 204 die gekoppeld is met de diverse sensoren, zoals de waterpassen, lengtemeter, temperatuursensoren en dergelijke die in de figuur niet afzonderlijk zijn getoond.

Op het terrein is verder een processor 205 aanwezig die gekoppeld is met een indicatie-eenheid of weergeef paneel 208. Via een communicatieverbinding 206, bijvoorbeeld een radioverbinding en/of lichtverbin-ding en/of kabelverbinding, worden de positiegegevens, verzameld door de laserzender/ontvanger 202 overgedragen naar de processor 205. Via een verdere communicatieverbinding 207, bijvoorbeeld een radioverbinding en/of lichtverbinding, worden de meetgegevens van de diverse sensoren, door middel van de zender/ontvanger 204 op de heistelling 203 overgedragen naar de processor 205. In de cabine van de machinist kan bijvoorbeeld ook nog een indicatie-eenheid of weergeefpaneel 208' aanwezig zijn (in de figuur niet getoond), welke dezelfde functie heeft als indicatie-eenheid 208 en als het ware daarmede gekoppeld is. De communicatieverbinding 207 met zender/ontvanger 204 kan ook gebruikt worden voor de communicatie met deze indicatie-eenheid 208', welke op of in het voertuig aanwezig is.

De werking van dit gehele stelsel is in feite identiek aan de werking van het al eerder in deze aanvrage beschreven stelsel. De uitvoeringsvorm van figuur 6 leent zich in het bijzonder voor toepassing bij voertuigen die op afstand via verdere radioverbindingen worden bestuurd.

In een andere, niet in de figuren afzonderlijk weergegeven uitvoeringsvorm is het mogelijk om enerzijds de laserzender/ontvanger los op het terrein te plaatsen en de processor tezamen met het indicatiepaneel in het voertuig onder te brengen. Het voordeel van een dergelijke opstelling is dat de laserzender/ontvanger eventueel kan worden verplaatst indien dit in verband met de bouw of de verdere ontwikkelingen op het terrein wenselijk is. Na verplaatsing is het alleen nodig om de nieuwe positie van de laserzender/ontvanger ten opzichte van de reflectoren 200A ... 200F opnieuw te bepalen in een afzonderlijke ijkprocedure waarna het gehele stelsel opnieuw kan worden gebruikt voor het verdere positioneren van het voertuig. Het positioneren van het voertuig kan dan weer gebeuren door personeel dat in de cabine van het voertuig beschikt over de nodige gegevens.

Claims

1. Stelsel voor het positioneren van een voertuig binnen een vooraf bepaald gebied, welk stelsel voorzien is van een laserzender/ontvanger en drie of meer laserreflectors die zich buiten en/of binnen het vooraf bepaalde gebied bevinden, waarbij de positie van de laserzender/ontvan-ger ten opzichte van de laserreflectors voortdurend wordt bepaald met behulp van een op zich bekende methode, met het kenmerk, dat het voertuig voorzien is van beweegbare delen waarmee vooraf bepaalde werkzaamheden kunnen worden uitgevoerd, dat met behulp van de laserzender/ontvanger voortdurend de positie van een referentiepunt van het voertuig ten opzichte van de laserreflectors wordt bepaald, dat het voertuig voorzien is van sensoren waarmee voortdurend de stand van een aantal beweegbare delen van het voertuig wordt gemeten, welke delen bepalend zijn voor de relatieve positie ten opzichte van het referentiepunt van de plaats waar de genoemde werkzaamheden worden uitgevoerd, dat een processor aanwezig is die zodanig is uitgevoerd en/of geprogrammeerd dat deze processor de uitgangssignalen van de genoemde sensoren en van de laserzender/ontvanger verwerkt en daaruit de positie bepaalt van de plaats, waar de werkzaamheden worden uitgevoerd, ten opzichte van de laserreflectors, en dat er een communicatieverbinding aanwezig is tussen de sensoren op het voertuig en de processor voor het overdragen van meetwaarden van de sensoren naar de processor en dat er een communicatieverbinding aanwezig is tussen de laserzender/ontvanger en de processor voor het overdragen van meetwaarden tussen de laserzender/ontvanger en de processor.

2. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het voertuig op het referentiepunt voorzien is van een laserreflector, en dat de laserzender/ontvanger zich bevindt op een vooraf bepaalde plaats vanwaar voldoende laserreflectors kunnen worden aangestraald om uit de verkregen meetwaarden de positie van de laserreflector op het referentiepunt te kunnen bepalen.

3. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de laserzender/ontvanger zich bevindt op het genoemde referentiepunt van het voertuig.

4. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de communicatieverbinding tussen de sensoren op het voertuig en de processor voor het overdragen van meetwaarden van de sensoren naar de processor wordt gevormd door een draadloze communicatieweg.

5. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de communicatieverbinding tussen laserzender/ontvanger en de processor wordt gevormd door een draadloze communicatieweg.

6. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de processor zich bevindt op het voertuig.

7. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het stelsel voorzien is van een via een communicatieverbinding met de processor verbonden indicatie- of weergeefpaneel waarop informatie omtrent de bepaalde positie van de plaats, waar de vooraf bepaalde werkzaamheden zullen worden uitgevoerd, zichtbaar kan worden gemaakt en tevens één of meer bepaalde posities kan worden aangeduid, voordat de bepaalde werkzaamheden aanvangen.

8. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de communicatieverbinding tussen de processor en de indicatie-een-heid gevormd wordt door een draadloze communicatieweg.

9. Stelsel volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het indicatie-paneel zich bevind op het voertuig.

10. Stelsel volgens een der voorgaande conclusie,s met het kenmerk, dat de processor op basis van de uitgangssignalen van de laserzender/-ontvanger tevens informatie verschaft omtrent de positie van het voertuig als geheel.

11. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het voertuig wordt gevormd door een verrijdbare heistelling, boor-stelling of soortgelijke inrichting, bestemd voor het in de grond inbrengen van langgerekte voorwerpen zoals heipalen, damwandelementen, schroefpalen, buizen en dergelijke.

12. Stelsel volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het indica-tiepaneel uitgevoerd is als een tweedimensionaal weergeefpaneel waarop de bepaalde positie van de plaats waar het langgerekte voorwerp in de grond zal worden ingebracht en/of van de positie van het voertuig als geheel zichtbaar wordt gemaakt als een markering die gesuperponeerd is op een plattegrond van het vooraf bepaalde gebied.

13. Stelsel volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat middelen aanwezig zijn om op de plattegrond, die op het weergeefpaneel wordt getoond, tenminste een vooraf bepaalde gewenste positie te markeren.

14. Stelsel volgens conclusie 131, met het kenmerk, dat middelen aanwezig zijn om op de plattegrond op het weergeefpaneel zover in te zoomen dat het voor het bedieningspersoneel van het voertuig mogelijk wordt om door manipuleren van het voertuig en/of de genoemde delen, die bepalend zijn voor de plaats waar het langgerekte voorwerp in de grond zal worden ingebracht een gewenste positie binnen een vooraf bepaalde tolerantie te laten samen vallen met de genoemde bepaalde positie.

15. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat middelen aanwezig zijn om na het inbrengen van een langgerekt voorwerp in de grond een markering op het scherm zichtbaar te maken, die aangeeft dat op de betreffende positie een langgerekt voorwerp in de grond is ingebracht.

15. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de laserzender/ontvanger cardanisch is opgehangen zodanig dat de zender onafhankelijk van een eventuele schuinstand van het voertuig altijd in een horizontaal vlak werkt.

17. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het voertuig is voorzien van hoekstanddetectoren waarmee de hoek-stand of schuinstand van het voertuig ten opzichte van het horizontale vlak in tenminste twee onderling loodrechte horizontale richtingen wordt bepaald.

18. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de laserzender/ontvanger op of aan het voertuig is bevestigd op relatief grote afstand van de geleiders voor het langgerekte voorwerp, zodanig dat de laserzender/ontvanger een gezichtsveld van tenminste 180 graden en bij voorkeur tenminste ongeveer 270 graden heeft, en dat het aantal laserreflectoren en de plaats daarvan zodanig is gekozen dat de laserzender/ontvanger op elke plaats binnen het gebied en in elke stand van het voertuig in staat is om de positie van het voertuig met voldoende nauwkeurigheid te bepalen.

19. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het voertuig voorzien is van detectoren waarmee de eventuele hoek-stand van de geleiders voor het langgerekte voorwerp ten opzichte van de verticaal kan worden bepaald.

20. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het aantal laserreflectoren tenminste een groter is dan het aantal dat theoretisch minimaal noodzakelijk is om de positie van het voertuig te bepalen.

21. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het stelsel voorzien is van een geheugen waarin de gegevens betreffende een aantal bepaalde posities, waar een langgerekt voorwerp in de grond is ingebracht, kunnen worden opgeslagen.

22. Stelsel volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat na het inbrengen van een langgerekt voorwerp de positie daarvan opnieuw wordt berekend en de uit deze berekening resulterende gegevens in het geheugen worden opgeslagen.