SE530874C2 - Anordning och metod för positionsbestämning av en gruv- eller anläggningsmaskin - Google Patents

Description

20 25 30 YEBÜ 81-35; Denna inmätning är mycket tidskrävande, och även om det t.ex. vid tunneldrivning ofta används stora borriggar som på varje inmätt plats borrar ett stort antal hål enligt en förutbestämd borrplan, och det typiskt förlöper ett arbetsskift eller ännu längre tid innan borriggen behöver flyttas för sprängning/ny borrning, måste fortfarande inmätningen såsom nämnts utföras av en gruvutsättare, och då tillgången på dessa ofta är begränsad kan det ta lång tid innan gruvutsättaren kan vara på plats för att utföra inmätningen när den väl erfordras, med mycket kostsam stillestàndstid som följd.

När det gäller bergförstärkningsriggar är problematiken än större, då dessa typiskt inte står stilla lika länge innan de förflyttas, utan kan behöva ny inmätning så ofta som var 30:e minut och kan således erfordra tillgång till gruvutsättare i princip kontinuerligt, dygnet runt.

Det existerar således ett behov av ett förbättrat förfarande för positionering av gruv~ och/eller anläggningsmaskiner såsom bergborrningsriggar.

Uppfinningens ändamål och viktigaste särdrag Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förfarande och en anordning som möjliggör noggrann och tidseffektiv positionsbestämning av en gruv- och/eller anläggningsmaskin och som därmed löser ovanstående problem.

Detta och andra syften uppnås enligt föreliggande uppfinning genom ett förfarande såsom definierat i patentkrav 1, och en anordning såsom definierad i patentkrav 19.

Enligt föreliggande uppfinning tillhandahålls ett förfarande för positionsbestämning av en gruv- och/eller anläggningsmaskin, varvid i en omgivning till nämnda maskin är anordnat åtminstone en första markör vid en första position i ett första koordinatsystem, och en andra markör vid en andra 10 15 20 25 30 SBÜ &?4 position i nämnda första koordinatsystem, skiljd från nämnda första position. Förfarandet innefattar stegen att från en tredje position, skiljd från nämnda första och andra position, bestämma en första riktning till nämnda första markör och bestämma en andra riktning till nämnda andra markör.

Förfarandet innefattar vidare stegen att identifiera nämnda markörer med hjälp av nämnda första riktning och nämnda andra riktning, bestämma maskinens lutning i sidled och/eller längsled, och att bestämma en position för nämnda maskin i nämnda första koordinatsystem med hjälp av nämnda bestämda riktningar till nämnda identifierade markörer och nämnda bestämda lutning.

Detta har fördelen att gruv- och/eller anläggningsmaskinens exakta position på ett enkelt sätt kan bestämmas genom att vid eller efter bestämning av riktning och avstånd till nämnda markörer ta hänsyn till maskinens lutning för att kunna utföra säker identifiering av markörerna och för att kunna bestämma markörernas exakta avståndsförhållande till en nollpunkt i ett för maskinen internt koordinatsystem. Genom att markörernas positioner är kända i ett för tunneln/gruvan gällande koordinatsystem kan därmed en mycket exakt position för maskinen i gruvans koordinatsystem således bestämmas, och detta utan att en gruvutsättare behöver närvara, det räcker med att en operatör ställer ut positioneringsorgan, såsom en totalstation (takymeter), varefter positioneringen kan utföras automatiskt utan inverkan från operatören, annat än att ev. starta positioneringen. I en utföringsform sitter nämnda positioneringsorgan fästat vid maskinen, och därmed i ett bestämt förhållande till riggens nollpunkt, vilket medger en mycket enkel positionering genom att bestämma positioneringsorganets position i förhållande till två i tunneln/gruvan anordnade markörer, och därmed också en bestämning av riggens nollpunkt i förhållande till dessa 10 15 20 25 30 EBÜ Eli markörer och därmed dess position i tunnelns/gruvans koordinatsystem. Genom att riggens lutning är känd kan, förutom nollpunkten, också varje i riggens koordinatsystem positionsbestämda organ, såsom t.ex. borrstålet, positionsbestämmas i tunnelns/gruvans koordinatsystem, och därmed kan det säkerställas att varje borra hål faktiskt hamnar på exakt önskad plats.

I en alternativ utföringsform utförs nämnda positionering med nämnda positionsorgan godtyckligt placerat i förhållande till nämnda maskin, varvid riktning och avstånd även bestäms till två på maskinen anordnade markörer, varvid positionsorganets position i förhållande till maskinen nollpunkt kan positionsbestämmas med hjälp av kännedom om maskinens lutning och varvid således då också maskinens nollpunkt i tunnelns/gruvans koordinatsystem kan bestämmas.

Motsvarande fördelar uppnås med motsvarande anordninga- särdragskrav.

Kortfattad beskrivning av ritningar Uppfinningen kommer nu att beskrivas mer i detalj mot bakgrund av ett utföringsexempel och med hjälp av den bifogade rit- ningen, varpå: Fig. l schematiskt visar en bergborrningsigg enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 2 schematiskt visar en exempelutföringsform enligt föreliggande uppfinning.

Fig. Ba-b schematiskt visar prismor anordnade på en bergborrningsrigg enligt fig. l.

Detaljerad beskrivning av en exempelutföringsform Såsom nämnts ovan används vid t.ex. tunneldrivning stora borriggar, vilka kan bestå av en bärare och en eller flera bommar med därmed associerade borrmaskiner. Tunneldrivningen 10 15 20 25 30 53Ü QTÅ utförs ofta på ett sådant sätt att borriggen borrar ett stort antal hål enligt en förutbestämd borrplan. Hållängden är vanligtvis 2-6 m, och efter borrningen laddas dessa med sprängämne för efterföljande sprängning. Borrningen av dessa hål tar lång tid, typiskt förlöper ett arbetsskift eller ännu längre tid innan borriggen behöver flyttas för sprängning/ny borrning.

Vid malmbrytning borras betydligt färre hål, men i gengäld är dessa betydligt längre, upp till i storleksordningen 50 m eller längre, varför en ”borrningsomgång” även här kan ta lång tid. Inte heller produktionsborrningsriggen behöver således flyttas särskilt ofta.

Det är dock fortfarande mycket viktigt att både tunneldrivning och malmbrytning sker exakt på avsedd plats, varför, såsom nämnts ovan, positionen för dessa riggar inmäts mycket noggrant innan en ny borrningsomgång inleds. Denna inmätning utförs av gruvutsättare (lantmätare) som med hjälp av totalstationer (takymetrar) utför noggrann inmätning av riggarna. Utsättningen går till på ett sådant sätt att gruvutsättaren ställer upp instrumentet med maskinen inom synhåll, varefter instrumentets position inmäts med hjälp av i gruvan/tunneln anordnade markörer, vilka vanligtvis utgörs av reflektorer, ofta prismor, som reflekterar från instrumentet mot dessa prismor utsänt ljus. Inmätningen sker mot kända prismor, dvs. prismor vars identitet och position är känd för utsättaren/instrumentet, och går till på så sätt att utsättaren först riktar instrumentet mot ett prisma, varvid riktning och avstånd till det prismat bestäms, varefter riktning och avstånd till ytterligare prismor bestäms så att en position för instrumentet erhålls. Den resulterande positionen utgörs av instrumentets position i gruvans koordinatsystem. l0 15 20 25 30 EBÜ 8?4 När utsättaren har mätt in instrumentet enligt detta förfarande bestäms borriggens position i förhållande till instrumentet. Detta utförs på ett liknande sätt, där tre på borriggen anordnade prismor används för att bestämma riggens position samt lutning. De på borriggen anordnade prismornas positioner är kända för riggens styrsystem, och genom att dessa prismors position i tunnelns koordinatsystem bestäms med hjälp av instrumentet kan även riggens position i gruvans koordinatsystem bestämmas, och därmed kan borriggen borra precis på avsedd plats på ett kontrollerat sätt.

Denna inmätning är dock tidskrävande i sig, samtidigt som den alltså erfordrar närvaro av en gruvutsättare. I bästa fall finns gruvutsättaren tillgänglig i närheten utan att vara upptagen med annan inmätning, värre är om utsättaren befinner sig i en helt annan del av t.ex. en gruva, och där är upptagen med en annan maskin. I värsta fall finns inte utsättaren på plats överhuvudtaget, utan kan befinna sig på flera timmars resväg från gruvan/tunneln, med mycket kostsamma stilleståndstimmar som följd.

Ovanstående problematik förstärks ytterligare vid t.ex. bergförstärkningsriggar, då dessa vanligtvis utgörs av betydligt mindre riggar som typiskt inte står stilla lika länge innan de förflyttas. Tiden de står stilla beror t.ex. på hur tätt bultar måste sättas, men kan vara så liten som ca 30 minuter. Såsom nämnts ovan erfordrar dessa riggar fortfarande en mycket noggrann inmätning, och på grund av de täta förflyttningarna kräver dessa riggar således ideliga inmätningar av gruvutsättare. Eftersom positionsbestämning av riggen med totalstation (takymeter) tar lång tid kan inmätningstiden utgöra en mycket stor del av riggens drifttid, kanske uppemot 50% av tiden. Detta är, såsom lätt kan inses, en mycket oekonomisk användning av riggen. 10 15 20 25 30 530 Bïå Föreliggande uppfinning löser ovanstående problem och kommer nu att exemplifieras med hänvisning till en bergborrningsrigg av den i fig. 1 visade typen. I fig. 1 visas en bergborrningsrigg 10 för tunneldrivning, malmbrytning eller installation av bergförstärkningsbultar vid t.ex. tunneldrivning eller gruvdrift. Borriggen 10 inkluderar en bom 11, vars ena ände lla är ledbart fäst vid en bärare 12, såsom ett fordon, via ett eller flera ledorgan och vid vars andra ände llb är anordnad en matare 13 som uppbär en borrmaskin 14.

Borrmaskinen 14 är förskjutbar längs mataren 13. Riggen 10 innefattar vidare en styrenhet 16 vilken kan användas vid positionsbestämning enligt föreliggande uppfinning och enligt vad som kommer att beskrivas nedan. Styrenheten 16 kan användas för att övervaka position, riktning och borrat avstånd etc. med avseende på borrmaskin och bärare.

Styrenheten 16 kan även användas för styrning av förflyttning av riggen 10, även om en separat styrenhet naturligtvis kan användas för detta.

Som ett alternativ till att implementera föreliggande uppfinning i styrenheten 16, eller överhuvudtaget i en befintlig eller för uppfinningen specifikt vid borriggen anordnad enhet, kan uppfinningen även vara anordnad att helt eller delvis implementeras på en på avstånd belägen plats, såsom integrerat i ett positioneringsinstrument, alternativt i någon form av på avstånd belägen plats för styrning av flera borriggar/maskiner. Data kan t.ex. skickas t.ex. trådlöst eller trådbundet till den på avstånd belägna platsen/instrumentet.

Styrenheten 16 innefattar företrädesvis organ för att motta signaler från t.ex. andra på borriggen anordnade styrenheter och/eller signaler från diverse på bärare och/eller bom anordnade sensorer och/eller signaler såsom radiosignaler från 10 15 20 25 30 530 8114 ett positioneringsinstrument såsom en totalstation. Nämnda organ kan vid behov omvandla mottagna signaler till ett format anpassat för en i styrenheten anordnad databehandlingsenhet, och kan t.ex. utgöras av en respektive anslutningspunkt för önskade signalkällor och/eller en databussanslutning för mottagning av signaler via en databuss, såsom t.ex. på något av databussformaten CAN (Controller Area Network), TTCAN eller FlexRay, där data på ett för fackmannen känt sätt kan överföras på ett gemensamt dataöverföringsformat.

Nämnda databehandlingsenhet kan, baserat på mottagna signaler, genom tillämplig beräkning åstadkomma den nedan beskrivna positioneringen enligt föreliggande uppfinning, och kan t.ex. utgöras av en processor, såsom en digital signalprocessor, vilken styrs medelst en i processorn inbyggd eller i en med processorn förbunden datorprogramprodukt, såsom ett medelst ett tillämpligt programmeringsspråk alstrat och i ett lagringsorgan lagrat datorprogram. Nämnda lagringsorgan kan t.ex. utgöras av ett eller flera ur gruppen: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only Memory), EPROM (Erasable PROM), Flash-minne, EEPROM (Electrically Erasable PROM).

Enligt föreliggande uppfinning tillhandahålls ett förfarande för att åstadkomma nämnda positionsbestämning av bergborrningsriggen utan att närvaro av gruvutsättare erfordras, och detta dessutom genom användning av, jämfört med känd teknik, ett reducerat antal komponenter.

I fig. 2 visas en exempelutföringsform av föreliggande uppfinning, där bergborrningsriggen 10 i fig. l har positionerats för borrning i en bergyta 21. Borriggen 10 är försedd med två markörer 22, 23, såsom prismor enligt ovan.

Borriggen är också försedd med lutningsgivarorgan 30, vilket mäter borriggens lO lutning i sidled och eller längsled.

Lutningsgivarorganet kan t.ex. utgöras av ett gyro, 10 15 20 25 30 53Ü B74 alternativt två lodgivare, en för lutning i längsled och en lutning i sidled.

Prismornas 22, 23 position på riggen lagras, företrädesvis, i riggens styrsystem med koordinater i förhållande till riggens nollpunkt. Borriggar av den i fig. l visade typen har ofta ett internt koordinatsystem som används vid t.ex. styrning av bommar och borrmaskiner, och nollpunkten utgör den punkt från vilken riggens interna koordinatsystem utgår, och kan t.ex. utgöras av riggens tyngdpunkt. Detta medför att vid en positionsbestämning av prismorna i ett för en hel tunnel, eller gruva, gemensamt koordinatsystem kan riggens nollpunktposition i gruvans koordinatsystem också bestämmas, med mycket noggrann riggpositionsbestämmelse som följd.

Vid positionsbestämning enligt en första exempelutföringsform av föreliggande uppfinning ställer t.ex. borriggens operatör, eller annan lämplig person, ut ett positioneringsinstrument 24, såsom t.ex. en totalstation, på ett lämpligt avstånd från borriggen 10 och på ett sådant sätt att prismorna 22, 23 är synliga från totalstationen 24. Instrumentet ställs således ut helt koordinatlöst, dvs. på en, i princip, godtycklig plats under nämnda förutsättning. En ytterligare förutsättning är att det inom instrumentets ”synfält” också finns minst två i tunneln/gruvan anordnade och i tunnelns/gruvans koordinatsystem positionsbestämda markörer, såsom prismor 25- 27.

När instrumentet ställs ut kommer detta oavsett placering att kunna bestämma vertikalaxelriktningen, då t.ex. en totalstation vanligtvis är konstruerad på ett sådant sätt att den med inbyggda givare kan bestämma en lodriktning, och utföra beräkningar i förhållande till denna lodriktning.

Instrumentet 24 är vidare försett med en roterande ljuskälla, i detta fall en roterande laser som vid aktivering avsöker 10 15 20 25 30 EBÜ 8?4 10 (scannar) omgivningen i syfte att identifiera prismor, Istället för roterande laser kan t.ex. roterande IR-ljus användas. Allteftersom lasern roterar kommer den att ”upptäcka” riggens 10 två prismor 22, 23 samt i tunneln (gruvorten) inom synhåll uppsatta prismor 25-27. Såsom visas i fig. 2 finns tre prismor inom synhåll från instrumentet 24, medan ytterligare en reflektor, 28, döljs av tunnelväggen 29.

Prismorna 25-28 uppsätts av, företrädesvis, gruvutsättare, varefter deras position bestäms i ett lämpligt koordinatsystem, vilket vanligtvis utgörs av ett för, åtminstone en del av, tunneln (gruvan) gemensamt koordinatsystem. Den bestämda positionen lagras sedan och tillgängliggörs för positioneringsinstrument 24 och/eller borriggens 10 styrsystem. Prismor såsom prismorna 25-28 uppsätts vid behov när arbetet i tunneln/gruvorten framskrider, t.ex. var 20:e meter, eller tätare eller glesare beroende på vad som är lämpligt. Den roterande laserns räckvidd vid positionsbestämning kan t.ex. vara av storleksordningen 40 m, och uppsättning av prismor anpassas med fördel till instrumentets räckvidd.

När instrumentet 24 sedan vid avsökningen detekterar prismorna 22-23, 25-27, med hjälp av den roterande lasern och en ljusdetektor, vilket sker genom att från lasern utsänt ljus reflekteras i prismorna och detekteras av ljusdetektorn, bestäms riktningen till dessa prismor, antingen enbart relativt nästa/föregående prisma som detekteras när lasern roterar, såsom exemplifieras i figuren med d, ß, V, eller som vinklar relativt någon (godtycklig) referensvinkel (referensaxel) ref, såsom exemplifieras med ö och S. Förutom nämnda vinklar bestämmer instrumentet även avståndet till nämnda prismor, vilket t.ex. kan åstadkommas genom att modulera det utsända laserljuset och sedan mäta den tid det tar för det utsända ljuset att åter nå instrumentet. 10 15 20 25 30 530 874 ll Instrumentet bestämmer även en elevationsvinkel, dvs. vinkel till nämnda prismor i förhållande till vertikalaxeln eller annan för instrumentet lämplig axel. Även om de prismor som används t.ex. kan vara decimeterstora, är de vanligtvis utformade på så sätt att ljus endast reflekteras i en enda punkt, varför den bestämda riktningen således utgör riktning till denna punkt, vilket ökar noggrannheten vid positionsbestämningen.

När samtliga vinklar och avstånd har bestämts, alternativt när vinklar och avstånd för åtminstone två prismor har bestämts, påbörjas en jämförelseberäkning där de bestämda riktningarna och avstånden jämförs med olika tänkbara positioner i förhållande till lagrade prismor, dvs. det sker en beräkning där en mängd olika möjliga positioner med beräknade vinklar till olika prismor jämförs med de uppmätta vinklarna. I princip jämförs varje prisma med sin ”granne”, dvs. prismat närmast till höger eller vänster i förhållande till aktuellt prisma. När sedan en position hittas som stämmer överens med de uppmätta vinklarna kan instrumentets position i förhållande till de identifierade prismorna bestämmas.

De ovan beskrivna beräkningarna kan ske i instrumentet, i vilket fall positioner i gruvans koordinatsystem för tunnelns/gruvans alla, eller åtminstone alla relevanta, prismor kan finnas lagrade i ett minne i instrumentet. Likaså finns i detta fall erforderliga data för riggmonterade prismor lagrade. Dessa positionsdata kan vid behov uppdateras på tillämpligt sätt, t.ex. genom att byta ut ett minneskort såsom ett flash-minne, eller genom att trådlöst uppdatera prismadata. De bestämda avstånden och riktningarna jämförs således med motsvarande avstånd till lagrade prismor, och när det hittas en position som överensstämmer med riktning och avstånd till två prismor kommer denna position att bestämmas 10 15 20 25 30 5312! 314 12 som instrumentets position. Genom att instrumentets noggrannhet vanligtvis är mycket god kan en mycket exakt position för instrumentet relativt de två prismorna bestämmas. Även om det är teoretiskt möjligt att fler än en möjlig position kan bestämmas, i synnerhet om det totala antalet lagrade prismor är stort, är det fortfarande osannolikt att detta skulle inträffa, eftersom avstånds- och riktningsnoggrannheten kan hållas mycket hög. Om det dock skulle visa sig att fler än en position är möjlig kan detta t.ex. lösas genom att jämföra de framräknade positionerna med den senast kända positionen, och om då den senast kända positionen är i närheten av en av de bestämda positionerna kan denna med mycket god säkerhet antas vara den korrekta positionen, eftersom borriggar sällan flyttas särskilt långt mellan inmätningarna. Alternativt kan tunnelns/gruvans utsträckning finnas lagrad, dvs. det kan finnas angivet vad som är bortsprängt och vad som är berg, och om då en bestämd position befinnes vara inne i berget kan denna position uteslutas.

Som ett alternativ till att utföra beräkningarna i instrumentet kan all beräkning istället ske i eller vid riggen, såsom i den ovan nämnda styrenheten 16. I detta fall kan data från instrumentet skickas, trådbundet eller trådlöst, till en sådan beräkningsenhet i eller vid riggen, varefter mottagen data används för att i/vid riggen utföra ovanstående bräkningar. I denna utföringsform är företrädesvis prismadata lagrade i riggen, såsom i ett med styrenheten 16 förbundet eller integrerat lagringsorgan.

Den ovan beskrivna beräkningen kan ske antingen på riggmonterade prismor, tunnelmonterade prismor eller både och.

De olika kategorierna av prismor kan t.ex. lagras på ett sådant sätt att beräkningarna kan utföras baserat på vald 10 15 20 25 30 SBÜ 8?4 13 eller valda kategorier. Om avsökningen är inställd så att både riggmonterade prismor och tunnelmonterade prismor kan påträffas kommer de identifierade prismorna antingen att utgöras av två i tunneln (gruvan) anordnade prismor såsom två prismorna 25-27, varvid instrumentets koordinater i gruvans koordinatsystem kan bestämmas, alternativt två riggmonterade prismor, varvid instrumentets koordinater i riggens koordinatsystem kan bestämmas, dvs. instrumentet kan ses som en del av riggen. För att riggmonterade prismor ska kunna identifieras på ett korrekt sätt, behövs dock, i normalfallet, ytterligare information finnas tillgänglig vid beräkningen.

Denna information utgörs av riggens lutning i åtminstone sidled eller längsled, företrädesvis både och. Detta illustreras i fig. 3a-b, där en borrigg 35 med två monterade prismor 36, 37 schematiskt visas bakifrån, t.ex. från instrumentet 24 i fig. 2. I fig. 3a står borriggen på ett plant underlag och om så alltid vore fallet kommer riggens 35 vertikalaxel 38 alltid att vara parallell med instrumentets vertikalaxel, och en korrekt positionsbestämning alltid vara möjlig. Om, däremot, borriggens underlag, och därmed även borriggen, lutar åt något håll kommer, sett ur instrumentets vertikalplan, ”bilden” av prismorna att se helt olika ut. I fig. 3b visas ett exempel hur det kan se ut när riggen står på ett lutande underlag. Med instrumentets vertikalaxel som referens kommer avstånden mellan prismorna 36, 37 i x-led respektive z-led att skilja sig markant jämfört med i fig. 3a.

Såsom kan ses i fig. 3b är, jämfört med i fig. 3a, x-avståndet längre och z-avståndet kortare, och om ingen hänsyn till lutningen tas kan inte en korrekt identifiering utföras.

Problematiken blir än mer komplex om prismorna 36, 37 dessutom är förskjutna relativt varandra i riggens längdriktning. Om däremot hänsyn tas till riggens lutning kan denna skillnad kompenseras så att ett korrekt koordinatsystem för beräkningen 10 15 20 25 30 5313 3174 l4 kan tas fram och prismor anordnade enligt fig. 3b kan resultera i en positiv identifikation av borriggen 35. I det fall prismorna 36, 37 är förskjutna relativt varandra i riggens längdriktning erfordras riggens lutning både i sidled och i längsled för att kunna utföra en korrekt bestämning.

När instrumentets position har bestämts i förhållande till antingen gruvans koordinatsystem eller riggens koordinatsystem enligt ovan fortsätter avsökningen för att hitta två prismor som möjliggör att positioneringen kan slutföras. Om instrumentets position har bestämts i förhållande till riggen söker instrumentet efter tunnelmonterade prismor för att instrumentets position i gruvans koordinatsystem ska kunna beräknas. När instrumentets position i tunnelns/gruvans koordinatsystem har beräknats kan förhållandet mellan instrumentet och riggens nollpunkt i riggens koordinatsystem användas för att bestämma riggens position i tunnelns/gruvans koordinatsystem. Omvänt söker instrumentet efter riggmonterade prismor om instrumentets position i tunneln har bestämts, varvid, när riggen har identifierats, en motsvarande beräkning kan ske för att bestämma riggens position i tunnelns/gruvans koordinatsystem.

Instrumentets position behöver dock inte bestämmas explicit, utan det räcker att riktning och avstånd bestäms till riggens två prismor, och två av tunnelns/gruvans prismor. Med denna information kan hela beräkningen ske i ett svep med, vid behov, tillämpliga koordinattransformationer så att riggens position i gruvans koordinatsystem erhålls. Utförandet av sådana beräkningar utgör välkänd matematik för fackmannen och föreklaras därför inte närmare här.

Sammantaget kan alltså en mycket god positionsbestämning av borriggen utföras. Vidare kan denna positionsbestämning användas på ett för ändamålet tillämpligt sätt. T.ex. kan den l0 l5 20 25 30 53Ü 874 l5 enligt ovan användas för att säkerställa att borrning sker på exakt avsedd plats. Dessutom möjliggör föreliggande uppfinning att så fort en maskin är på plats för borrning kan operatören ställa ut t.ex. en totalstation för att utföra positionsbestämningen enligt ovan och sedan snabbt komma igång och borra. Gruvutsättaren behövs då bara för att sätta ut de fasta prismorna, vilka såsom nämnts kan vara synliga en längre sträcka och således möjliggöra borrning under en längre tid utan behov av utsättare. Det skall dock förstås att utsättning av nya prismor kan utföras medelst föreliggande uppfinning genom att en ny prisma uppsätts och denna inmäts under det att positionsbestämning enligt ovan redan har gjorts. Genom att lagra inmätningsdata kan uppfinningen såldes i princip möjliggöra för en riggoperatör att sätta upp nya prismor varefter behov uppstår allteftersom borrningen fortskrider.

I en utföringsform av uppfinningen kan prismorna anordnas likadant på ett flertal, eller alla maskiner i en tunnel/gruva, dvs. det görs ingen inbördes åtskillnad av maskinerna. Detta har fördelen att endast en maskinreflektorkonfiguration behöver tas hänsyn till vid marköridentifikationen enligt ovan, vilket förenklar beräkningarna. En maskin står dessutom ofta ensam, och i ett sådant fall finns det inget behov av att kunna särskilja maskinen från andra maskiner. En sådan lösning kan dock vara olämplig i de fall det trots allt är önskvärt att kunna särskilja på flera maskiner, t.ex. om flera maskiner står inom synhåll från varandra och positioneringsinstrumentet, eller om data skickas till en central plats och ett säkert maskin-ID önskas. Det kan således vara fördelaktigt att varje maskin eller varje maskintyp (såsom borrigg, typ av borrigg, bultinstallationsrigg, lastare) förses med en unik identitet, vilket enkelt kan åstadkommas genom att variera avstånden i höjd- respektive längsled och/eller djupled mellan de två l0 15 20 25 30 EBÜ &?'4 l6 prismorna. T.ex. kan en upplösning på avståndsskillnader i hela decimeter mellan prismor mellan olika maskiner användas, alternativt kan centimeterskillnader användas, eller någon annan lämplig skillnad, beroende på vilka skillnader instrumentet klarar av att detektera. Om varje maskin har unika identiteter enligt detta identitetskodningsförfarande kan, om identiteten för maskinen bestäms, detta id användas för att ta fram maskinens tidigare kända position, för att med hjälp av denna välja ut de tunnel-/ortmonterade prismor som är närmast denna position och börja med att försöka hitta aktuell position i närheten av dessa.

För att underlätta positionsbestämningen, t.ex. framförallt vid gruvdrift där antalet prismor kan vara mycket stort, kan prismorna t.ex. vara kodade så att det framgår i vilken ort de är uppsatta. Koden kan t.ex. vara så anordnad att prismat bryter ljuset på ett visst sätt.

I en alternativ utföringsform av uppfinningen behöver instrumentet inte ställas ut, utan sitter fast eller löstagbart fästad vid maskinen. Denna utföringsform är lämplig om det kan säkerställas att minst två av tunnelns/qkuvans prismor kan hållas synliga från maskinen. Denna utföringsform kräver heller inte att maskinen är utrustad med prismor enligt ovan, utan det räcker att instrumentet sitter på en plats som är känd i förhållande till riggens nollpunkt.

Den roterande laserstrålen behöver således endast användas för att detektera och bestämma vinkel till de i gruvan anordnade prismorna. Instrumentet kan vara anordnat så att det alltid har en känd referensriktning, t.ex. maskinens längdriktning.

Detta kan vara inbyggt i instrumentet om det sitter fast fästat till maskinen. Om instrumentet är löstagbart för att vid behov kunna användas enligt ovan kan t.ex. ett prisma vara anordnad på riggen, t.ex. längs en längsgående axel relativt 10 15 20 5313 BÉFQ 17 instrumentets hållare, varvid instrumentet alltid kan erhålla en känd referensriktning genom att detektera vinkel och avstånd till detta prisma oavsett dess vridläge när det sätts på plats på riggen.

Denna utföringsform har således fördelen att instrumentet inte behöver ställas ut, utan alltid kan vara anordnat på avsedd plats på maskinen. Detta möjliggör också att positionen kan bestämmas kontinuerligt, och om ”kontakt” hela tiden hålls med omkringliggande reflektorer förenklas också beräkningarna avsevärt.

I ovanstående beskrivning har positioneringssystemet angivits som ett reflektoravsökande lasersystem. Det ligger dock inom ramen för föreliggande uppfinning att använda godtyckligt system med vilket en god positionering av borriggen kan utföras från denna, t.ex. kan radiosändare användas istället för prismor, varvid en, företrädesvis roterande, riktantenn kan användas för att bestämma vinkel/riktning till dessa radiosändare, och avstånd, t.ex. genom bestämning av den tid det tar för radiosignaler från radiosändarna att nå antennen.

Ett annat alternativ utgörs av ljusutsändande markörer, där instrumentet endast behöver ha organ för detektering av utsänt ljus, och således inte behöver ha t.ex. en laser.

Claims (37)

10 15 20 25 30 SBC! S374 18 Patentkrav

1. Förfarande för positionsbestämning av en gruv- och/eller anläggningsmaskin, varvid i en omgivning till nämnda maskin är anordnat åtminstone en första markör vid en första position i ett första koordinatsystem, och en andra markör vid en andra position i nämnda första koordinatsystem, skiljd från nämnda första position, kännetecknat av att förfarandet innefattar stegen att: - från en tredje position, skiljd från nämnda första och andra position, och vilken är bestämd eller bestämbar i förhållande till nämnda maskin, - bestämma en första riktning till nämnda första markör, - bestämma en andra riktning till nämnda andra markör, - identifiera nämnda markörer med hjälp av nämnda första riktning och nämnda andra riktning, - bestämma maskinens lutning i sidled och/eller längsled, och - bestämma en position för nämnda maskin i nämnda första koordinatsystem med hjälp av nämnda bestämda riktningar till nämnda identifierade markörer och nämnda bestämda lutning.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att det även innefattar steget att bestämma ett första avstånd till nämnda första markör och ett andra avstånd till nämnda andra markör, varvid nämnda markörer identifieras med hjälp av nämnda respektive riktningar och avstånd, och positionen för nämnda maskin bestäms med hjälp av nämnda bestämda riktningar och avstånd och nämnda bestämda lutning.

3. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att nämnda tredje position utgör en i förhållande till maskinen känd position.

4. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat av att nämnda tredje position är anordnad på maskinen. 10 15 20 25 30 SBC! BTH! 19

5. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat av att det vidare innefattar steget att bestämma positionen för nämnda tredje position i nämnda första koordinatsystem med hjälp av nämnda bestämda riktningar och avstånd.

6. Förfarande enligt krav l, kännetecknat av att förfarandet vidare innefattar stegen att: - vid nämnda tredje position, - bestämma en tredje riktning till en tredje markör, - bestämma en fjärde riktning till en fjärde markör, - identifiera nämnda markörer med hjälp av nämnda tredje riktning och nämnda fjärde riktning och nämnda bestämda lutning, varvid nämnda tredje markör och nämnda fjärde markör är anordnade på nämnda maskin, och varvid positionen för nämnda maskin bestäms med hjälp av nämnda bestämda riktningar till nämnda första, andra, tredje och fjärde markör, och nämnda bestämda lutning.

7. Förfarande enligt krav 6, kännetecknat av att det även innefattar steget att bestämma ett tredje avstånd till nämnda tredje markör och ett fjärde avstånd till nämnda fjärde markör, varvid nämnda markörer identifieras med hjälp av nämnda respektive riktningar och avstånd.

8. Förfarande enligt något av kraven 1-7, kännetecknat av steget att vid nämnda positionsbestämning av nämnda markörer detektera energi som utstrålas och/eller reflekteras från nämnda markörer.

9. Förfarande enligt något av kraven l-8, kännetecknat av att nämnda positionsbestämning utförs medelst positioneringsorgan.

10. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att nämnda positionsbestämning utförs medelst på maskinen anordnade positioneringsorgan. 10 15 20 25 30 5313 BFÅ 20

11. ll. Förfarande enligt krav 9 eller lO, varvid nämnda positioneringsinstrument innefattar minst en roterande ljuskälla, roterande ljusdetektor och/eller minst en riktantenn.

12. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av maskinens lutning i sidled bestäms med hjälp av en första lutningsgivare, och maskinens lutning i längsled bestäms med hjälp av en andra lutningsgivare.

13. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av nämnda riktningsbestämningar utgörs av att för varje riktning bestämma en första vinkel relativt en första referensaxel, och en andra vinkel relativt en andra referensaxel.

14. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att det vidare innefattar steget att lagra nämnda bestämda position för maskinen i ett minne.

15. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att det vidare innefattar steget att överföra nämnda bestämda maskinposition till en på avstånd belägen lokalisering.

16. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda avstånd och riktningar bestäms för en markör i taget.

17. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda markörer utgörs av någon ur gruppen: prisma, annan typ av reflektor, radiosändare.

18. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda gruv- och/eller anläggningsmaskin utgörs av en bergborrningsrigg.

19. Anordning för positionsbestämning av en gruv- och/eller anläggningsmaskin, varvid i en omgivning till nämnda maskin är 10 15 20 25 30 530 374 21 anordnat åtminstone en första markör vid en första position i ett första koordinatsystem, och en andra markör vid en andra position i nämnda första koordinatsystem, skiljd från nämnda första position, kännetecknad av att anordningen innefattar organ för att: - från en tredje position, skiljd från nämnda första och andra position, och vilken är bestämd eller bestämbar i förhållande till nämnda maskin, - bestämma en första riktning till nämnda första markör, - bestämma en andra riktning till nämnda andra markör, - identifiera nämnda markörer med hjälp av nämnda första riktning och nämnda andra riktning, - bestämma maskinens lutning i sidled och/eller längsled, och - bestämma en position för nämnda maskin i nämnda första koordinatsystem med hjälp av nämnda bestämda riktningar till nämnda identifierade markörer och nämnda bestämda lutning.

20. Anordning enligt krav 19, kännetecknad av att den även innefattar organ för att bestämma ett första avstånd till nämnda första markör och ett andra avstånd till nämnda andra markör, varvid nämnda markörer är anordnade att identifieras med hjälp av nämnda respektive riktningar och avstånd, och positionen för nämnda maskin bestäms med hjälp av nämnda bestämda riktningar och avstånd och nämnda bestämda lutning.

21. Anordning enligt krav 19, kännetecknad av att nämnda tredje position är anordnad att utgöra en i förhållande till maskinen känd position.

22. Anordning enligt krav 21, kännetecknad av att nämnda tredje position är anordnad på maskinen.

23. Anordning enligt krav 19, kännetecknad av att den vidare innefattar organ för att bestämma positionen för nämnda tredje 10 15 20 25 30 59A? 8?=1 22 position i nämnda första koordinatsystem med hjälp av nämnda bestämda riktningar.

24. Anordning enligt krav 19, kännetecknad av att anordningen vidare innefattar organ för att: - vid nämnda tredje position, - bestämma en tredje riktning till en tredje markör, - bestämma en fjärde riktning till en fjärde markör, - identifiera nämnda markörer med hjälp av nämnda tredje riktning och nämnda fjärde riktning och nämnda bestämda lutning, varvid nämnda tredje markör och nämnda fjärde markör är anordnade på nämnda maskin, och varvid positionen för nämnda maskin bestäms med hjälp av nämnda bestämda riktningar till nämnda första, andra, tredje och fjärde markör, och nämnda bestämda lutning.

25. Anordning enligt krav 24, kännetecknad av att den vidare innefattar organ för att bestämma ett tredje avstånd till nämnda tredje markör och ett fjärde avstånd till nämnda fjärde markör, varvid nämnda markörer identifieras med hjälp av nämnda respektive riktningar och avstånd.

26. Anordning enligt något av kraven l9~25, kännetecknad av organ för att vid nämnda positionsbestämning av nämnda markörer detektera energi som utstrålas och/eller reflekteras från nämnda markörer.

27. Anordning enligt något av kraven 19-26, kännetecknad av att nämnda positionsbestämning utförs medelst positioneringsorgan.

28. Anordning enligt krav l9, kännetecknad av att nämnda positionsbestämning utförs medelst på maskinen anordnade positioneringsorgan.

29. Anordning enligt krav 27 eller 28, varvid nämnda positioneringsinstrument innefattar minst en roterande 10 15 20 25 30 53Ü š7flf 23 ljuskälla, roterande ljusdetektor och/eller minst en riktantenn.

30. Anordning enligt något av kraven 19-29, kânnetecknad av maskinens lutning i sidled är anordnad att bestämmas med hjälp av en första lutningsgivare, och maskinens lutning i längsled bestäms med hjälp av en andra lutningsgivare.

31. Anordning enligt något av kraven 19-30, kännetecknat av nämnda riktningsbestämningar är anordnade att utgörs av att för varje riktning bestämma en första vinkel relativt en första referensaxel, och en andra vinkel relativt en andra referensaxel.

32. Anordning enligt något av kraven 19-31, kännetecknad av att det vidare innefattar organ för att lagra nämnda bestämda position för maskinen i ett minne.

33. Anordning enligt något av kraven 19-32, kännetecknad av att det vidare innefattar organ för att överföra nämnda bestämda maskinposition till en på avstånd belägen lokalisering.

34. Anordning enligt något av kraven 19-33, kännetecknad av att nämnda avstånd och riktningar är anordnade att bestämmas för en markör i taget.

35. Anordning enligt något av kraven 19-34, kännetecknad av att nämnda markörer utgörs av någon ur gruppen: prisma, annan typ av reflektor, radiosändare.

36. Anordning enligt något av kraven 19-35, kännetecknad av att nämnda gruv- och/eller anläggningsmaskin utgörs av en bergborrningsrigg.

37. Borrigg, kânnetecknad av att den innefattar en anordning enligt något av kraven 19-36.