DE112005003494B4

DE112005003494B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Maschinenelements

Info

Publication number: DE112005003494B4
Application number: DE112005003494.1T
Authority: DE
Inventors: Richard Paul Piekutowski
Original assignee: Trimble Navigation Ltd
Current assignee: Trimble Inc
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2015-09-03
Anticipated expiration: 2025-10-13
Also published as: CN101133216A; US20070107240A1; CN103592943B; US7168174B2; WO2006098771A1; US20060201007A1; US7552539B2; CN103592943A; DE112005003494T5

Abstract

Verfahren zum Überwachen des Ortes und der Orientierung eines Maschinenelements (36), mit den folgenden Schritten: Vorsehen einer Vielzahl von Zielen (44, 46) an bekannten Positionen relativ zu dem Maschinenelement (36), Vorsehen einer Totalstation (10) an einem bekannten Ort nahe dem Maschinenelement (36), wiederholtes und aufeinanderfolgendes Bestimmen des Ortes von jedem Ziel (44, 46) unter Verwendung der Totalstation (10), Bestimmen der Orientierung des Maschinenelements (36) basierend auf den wiederholt und aufeinanderfolgend bestimmten Orten der Vielzahl von Zielen (44, 46); Speichern der wiederholt und aufeinanderfolgend bestimmten Orte von jedem der Ziele (44, 46) und der Bewegungsgeschichte von jedem der Ziele (44, 46) Vorhersagen von zukünftigen Orten von jedem der Ziele (44, 46) anhand der gespeicherten Orte und der Bewegungsgeschichte von jedem der Ziele (44, 46), Wiedererwerben der Ziele (44, 46) unter Verwendung der vorhergesagten zukünftigen Orte, und Variieren der Frequenz des wiederholten und aufeinanderfolgenden Bestimmens in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit des Maschinenelements (36).

Description

Die Erfindung betrifft allgemeinen Maschinen-Steuerverfahren und -systeme für Maschinen, die Maschinenelemente enthalten wie beispielsweise Konstruktionsmaschinen, Sortiermaschinen, Brechmaschinen, Straßenbetoniermaschinen und Gleitschalungsfertigungsmaschinen. Spezieller betrifft die Erfindung ein Maschinen-Steuerverfahren und -system welches eine stationäre Nachlauf- oder Verfolgungsstation verwendet, welche den Ort und die Orientierung des Maschinenelements bestimmt und welche diese Informationen zu der Maschine sendet und zwar zum Zwecke der Steuerung des Betriebes des Maschinenelements.
Es ist wünschenswert die Position und die Bewegung von vielfältigen Typen von sich relativ langsam bewegenden Maschinen wie beispielsweise Konstruktionsmaschinen zu überwachen, inklusive Sortiermaschinen, Straßenbetoniermaschinen und Gleitschaltungsfertigungsmaschinen, als auch die Position, die Orientierung und die Bewegung von Maschinenelementen zu überwachen, die diesen Maschinen zugeordnet sind. Diese Informationen können dann dazu verwendet werden, um den Betrieb der überwachten Maschinen zu steuern.
Während sich in der Vergangenheit Maschinenbetreiber auf physikalische Bezugsgrößen verlassen haben, die durch Überwachungspersonen am Arbeitsplatz eingestellt wurden, wenn eine Ausrüstung dieses Typs in Betrieb genommen wurde, wurden auch automatische Maschinensteuersysteme entwickelt, die eine optische Bezugsgröße liefern wie beispielsweise einen Bezugsstrahl aus Laserlicht, um eine Höhe zu spezifizieren. In einem derartigen System erfasst ein Laserempfänger, der an einer Sortiermaschine montiert ist, den Laserstrahl und liefert eine Höhen-Bezugsgröße. Diese erfasste Höhe des Bezugs-Laserstrahls wird mit einem Einstellpunkt verglichen und zwar entweder durch eine Maschinen-Bedienungsperson oder mit Hilfe einer automatischen Steuerung. Die Bewegung des Maschinenelements wird dann basierend auf dieser Information gesteuert und zwar entweder von Hand durch die Bedienungsperson oder automatisch durch eine automatisierte Steuerung. Der Einstellpunkt, das ist also der gewünschte vertikale Punkt oder Position kann abhängig von der x- und y-Stelle der Maschine am Arbeitsplatz eingestellt werden, wobei diese Maschinen-Örtlichkeit auf irgendeine Weise von vielen Möglichkeiten bestimmt wird.
Es wurden Gesamt-Stationen sowohl für die Überwachung als auch für die Maschinensteuerung verwendet. Bei einer typischen Überwachungsanwendung (surveying application) lenkt eine Gesamt-Station, die an einem bekannten Ort positioniert ist, einen Lichtlaserstrahl auf ein Ziel, welches durch einen Überwacher an einem zu überwachenden Punkt positioniert wurde. Das Ziel enthält Retro-Reflektoren, die den Strahl zurück zu der Gesamt-Station reflektieren. Durch Messen der Zeit bzw. der Laufzeit des Strahles, wird der Abstand zwischen der Gesamt-Station und dem Ziel ermittelt. Indem auch die Richtung des Strahles von der Gesamt-Station aus zum Ziel hin misst, das heißt die Höhe und die Azimutwinkel, die einen Vektor von der Gesamt-Station zum Ziel hin definieren, kann der Ort des Zieles präzise bestimmt werden.
Es wurden auch Roboter-Total- oder -Gesamt-Stationen entwickelt, welche die Fähigkeit haben, ein Ziel zu lokalisieren und zu verfolgen und zwar ohne durch eine Bedienungsperson wahrgenommen zu werden. Mit Hilfe eine Roboter-Gesamt-Station bewegt die Überwachungsperson das Ziel um den Arbeitsplatz herum. Servomotoren in der Roboter-Gesamt-Station veranlassen eine Drehung derselben zum Ziel hin, liefern präzise Winkel- und Abstands-Messungen, wenn sich die Überwachungsperson oder Überwachungsvorrichtung zu verschiedenen Orten am Arbeitsplatz bewegt. Die Gesamtstation verfolgt automatisch das ferngelegene Ziel, wenn sich dieses bewegt, sodass dadurch Realzeit-Positionsdaten für das Ziel geliefert werden.
Roboter-Gesamt-Stationen wurden auch für eine Maschinensteuerung verwendet. Die WO 99/28 565 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines Arbeitsteils einer Maschine. Roboter-Gesamt-Stationen verwenden in typischer Weise eine einzelne Roboterstation mit mehreren Zielen pro Maschine. Die Positionsinformationen werden zu einem Maschinensteuersystem übertragen und zwar fernübertragen, wo dann eine Steuersoftware die Maschinenelementposition relativ zu dem Arbeitsplan berechnet. Eine Vielzahl an Zielen bei einem einzelnen Maschinenelement erforderten jedoch eine Vielzahl von Roboterstationen. Derartige Anordnungen waren daher etwas kompliziert. Es besteht somit ein Bedarf für ein vereinfachtes System, welches eine einzelne Gesamt-Station verwendet.
Dieser Bedarf wird mit Hilfe eines Verfahrens zum Überwachen des Ortes und der Orientierung eines Maschinenelements gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und 7 und mit Hilfe eines Systems zum Steuern der Bewegung eines Maschinenelements gemäß den Merkmalen des Anspruchs 13 der vorliegenden Erfindung erfüllt.
Das Verfahren umfasst dabei unter anderem die folgenden Schritte: Vorsehen einer Vielzahl an Zielen an bekannten Positionen relativ zu dem Maschinenelement; Vorsehen einer Gesamt-Station (total station) an einem bekannten Ort nahe bei dem Maschinenelement; wiederholtes und sukzessives Bestimmen des Ortes von jedem Ziel unter Verwendung der Gesamt-Station; und Bestimmen der Orientierung des Maschinenelements basierend auf den Orten der Ziele.
Der Schritt gemäß einem wiederholten, abwechselnden Bestimmen des Ortes von jedem Ziel unter Verwendung der Gesamt-Station umfasst einen Schritt gemäß Lenken eines Laserlichtstrahls von der Gesamt-Station in wiederholter Weise und aufeinanderfolgend zu den Zielen hin und Messen der Abstände von der Gesamt-Station zu jedem der Ziele und Messen der Richtungen von jedem der Ziele.
Der Schritt gemäß einem wiederholten sukzessiven Bestimmen des Ortes von jedem Ziel unter Verwendung der Gesamt-Station umfasst einen Schritt gemäß Lenken eines Laserlichtstrahls von der Gesamt-Station sukzessive zu den Zielen hin, indem sukzessive die Ziele erworben oder angepeilt werden.
Der Schritt gemäß einem sukzessiven Erwerben oder Anpeilen der Ziele kann einen Schritt umfassen, gemäß Speichern der detektierten Orte von jedem der Ziele und Speichern der Bewegungsgeschichte von jedem der Ziele und Voraussagen der Orte von jedem Paar der Ziele, wenn der Laserstrahl sukzessive zu den Zielen hin gelenkt wird, wodurch der Wiedererwerb der Ziele vereinfacht wird. Dies kann an der Roboterstation selbst vorgenommen werden oder mit Hilfe eines Maschinensteuersystems und anhand der vorhergesagten Position, die zu der Roboterstation zurück übertragen wird.
Der Schritt gemäß Vorsehen der Vielzahl der Ziele an bekannten Positionen in Bezug auf das Maschinenelement kann einen Schritt umfassen gemäß Vorsehen eines Paares von Zielen, die an bekannten Positionen fixiert sind, an dem Maschinenelement und die mit dem Maschinenelement bewegbar sind.
Der Schritt gemäß dem Vorsehen eines Paares von Zielen, die an bekannten Positionen an dem Maschinenelement fixiert sind und bewegbar sind und zwar mit dem Maschinenelement bewegbar sind, kann den Schritt gemäß Vorsehen eines Paares von Zielen umfassen, die an einer Position fixiert sind und zwar in Bezug auf das Maschinenelement.
Das Verfahren gemäß Steuern der Bewegung eines Maschinenelements umfasst die folgenden Schritte: Vorsehen einer Vielzahl an Zielen an bekannten Positionen in Bezug auf ein sich bewegendes Maschinenelement; Vorsehen einer Gesamt-Station an einem bekannten Ort nahe dem sich bewegenden Maschinenelement; wiederholtes und sukzessives Bestimmen des Ortes von jedem Ziel unter Verwendung der Gesamt-Station oder Haupt-Station; Übertragen des Ortes von jedem Ziel, welches durch die Gesamt-Station oder Haupt-Station bestimmt wurde, von der Gesamt-Station zu der Maschine hin; Bestimmen der Orientierung des Maschinenelements an der Maschine, basierend auf den Orten der Ziele; und Steuern der Bewegung des Maschinenelements an der Maschine in Ansprechen auf die bestimmten Orte der Ziele und der bestimmten Orientierung des Maschinenelements.
Der Schritt gemäß einem wiederholten sukzessiven Bestimmen des Ortes von jedem Ziel unter Verwendung der Gesamt-Station oder Haupt-Station umfasst einen Schritt gemäß Lenken eines Laserlichtstrahls von der Haupt-Station in wiederholter Weise und aufeinanderfolgend zu jedem der Vielzahl der Ziele, und Messen der Abstände von der Haupt-Station zu jedem der Vielzahl der Ziele, und Messen der Richtungen zu jedem Paar von Zielen.
Der Schritt gemäß einem wiederholten sukzessiven Bestimmen des Ortes von jedem Ziel unter Verwendung der Haupt-Station umfasst das Lenken eines Laserlichtstrahls von der Haupt-Station zu den Zielen hin und zwar durch abwechselndes Erwerben oder Anpeilen der Ziele in Aufeinanderfolge.
Der Schritt des Erwerbens bzw. Anpeilens der Ziele in einer Aufeinanderfolge umfasst einen Schritt gemäß Speichern der detektierten Orte von jedem der Ziele und Speichern der Bewegungsgeschichte von jedem der Ziele und Vorhersagen der Orte von jedem der Ziele, wenn der Laserstrahl wiederholt und in Aufeinanderfolge zu jedem der Ziele gelenkt wird, wodurch dann der Wiedererwerb der Ziele vereinfacht wird.
Der Schritt gemäß einem Vorsehen einer Vielzahl von Zielen an bekannten Positionen in Bezug auf das Maschinenelement umfasst einen Schritt gemäß Vorsehen eines Paares von Zielen, die an bekannten Positionen an dem Maschinenelement fixiert sind und mit dem Maschinenelement bewegbar sind.
Der Schritt gemäß dem Vorsehen eines Paares von Zielen, die an bekannten Positionen an dem Maschinenelement fixiert sind und mit dem Maschinenelement bewegbar sind, umfasst einen Schritt gemäß Vorsehen eines Paares von Zielen, die in Position in Bezug auf das Maschinenelement fixiert sind.
Ein System zum Steuern der Bewegung eines Maschinenelements an einer Maschine umfasst unter anderem folgendes: eine Steuereinrichtung an der Maschine zum Steuern des Maschinenelements; eine Vielzahl an Zielen, die an bekannten Positionen in Bezug auf ein bewegbares Maschinenelement montiert sind; und eine Haupt-Station (total station), die an einem bekannten Ort positioniert ist und zwar nahe bei dem sich bewegenden Maschinenelement. Die Haupt-Station enthält eine Laserlichtquelle, um einen Laserlichtstrahl zu den Zielen hin vorzusehen, eine Ziel-Vorhersageeinheit zum Vorhersagen der Orte von jedem der Ziele basierend auf früheren Orten und früherer Bewegung der Ziele, eine Strahl-Steuereinrichtung zum Lenken des Laserlichtstrahles zu den Zielen hin und um wiederholt und sukzessive die Orte von jedem Ziel zu bestimmen, und einen Sender zum Senden der Orte von jedem der Ziele zu der Steuereinrichtung an der Maschine. Die gemessenen Orte der Ziele oder Zielobjekte kann zum Steuern des Ortes, der Orientierung und der Bewegung des Maschinenelements verwendet werden.
Die Gesamt-Station oder Haupt-Station kann ferner eine Messeinheit enthalten, um die Abstände von der Haupt-Station zu jedem der Ziele zu messen und um die Richtungen zu jedem der Ziele zu bestimmen. Die Vielzahl der Ziele kann ein Paar von Zielen umfassen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dabei zusätzlich ein Variieren der Frequenz des wiederholten und aufeinander folgenden Bestimmens in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit des Maschinenelements durchgeführt werden. In analoger Weise kann bei dem erfindungsgemäßen System die Frequenz des wiederholten und aufeinander folgenden Bestimmens in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit des Maschinenelements (36) variierbar sein.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes System und verbessertes Verfahren zur Steuerung einer Maschine und eines Maschinenelements zu schaffen. Andere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen und den anhängenden Ansprüchen.
1 zeigt eine Ansicht einer Roboter-Haupt-Station eines Typs, der bei dem Verfahren und dem Gerät für eine Maschinenelementsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
2 ist eine Ansicht eines Zieles eines Typs, welches bei dem Verfahren und dem Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
3 zeigt eine Ansicht, die ein Gerät für eine Maschinenelementsteuerung und ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Es wird nun auf die 1 bis 3 eingegangen, die ein Gerät und ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, um den Ort und die Orientierung eines Maschinenelements zu überwachen und um die Bewegung des Maschinenelements zu steuern. 1 veranschaulicht eine Roboter-Haupt-Station 10, die einen Basisabschnitt 12, eine Dreh-Alhidade-(Diopterlineal)-Abschnitt 14 und einen elektronischen Abstand-Messabschnitt 16 umfasst. Der Dreh-Alhidade-Abschitt 14 dreht sich auf dem Basisabschnitt 12 um eine vertikale Achse und zwar gemäß einem vollständigen 360 Grad Drehbereich. Der elektronische Abstand-Messabschnitt 16 dreht sich in ähnlicher Weise innerhalb des Dreh-Alhidade-Abschnitts 14 um eine horizontale Achse. Mit Hilfe dieser Anordnung wird es möglich, dass der Abstand-Messabschnitt 16 zu einem Ziel hin orientiert wird und zwar in virtuell irgendeiner Richtung, sodass der Abstand von der Haupt-Station 10 zu dem Ziel hin gemessen werden kann.
Der elektronische Abstand-Messabschnitt 16 sendet einen Laserlichtstrahl durch eine Linse 18 zu einem Ziel 20 hin. Wie aus 2 zu ersehen ist, enthält das Ziel 20 eine Vielzahl von retroreflektiven Elementen 22, die umfangsmäßig um dieses herum positioniert sind. Die retroreflektiven Elemente 22 können aus retroreflektierenden Würfeln oder anderen Reflektoren bestehen, die eine Eigenschaft besitzen, wonach das empfangene Licht in der Richtung, von welchem dieses seinen Ursprung hat, zurückreflektiert wird. Das Ziel 20 enthält auch ein LED-Stroboskop 24, welches Stroboskop-Licht nach oben hin auf einen umgekehrten konischen Reflektor 26 lenkt. Das Licht wird von dem Reflektor 26 in allen Richtungen hin nach außen reflektiert und liefert ein Mittel, mit dem die Roboter-Haupt-Station zugeordnet werden kann und zwar bei dem Erwerbungsvorgang oder Anpeilungsvorgang oder beim Anpeilen des Zieles 20. Die Frequenz des Stroboskop-Lichtes oder dessen Frequenz einer Pulsation kann so eingestellt sein, dass sich diese von derjenigen von anderen Zielen unterscheidet, wodurch eine Haupt-Station die Möglichkeit erhält, zwischen den Zielen zu unterscheiden.
Ein Laserlichtstrahl, der durch die Haupt-Station 10 von 1 ausgesendet wird und zwar zu dem Ziel 20 hin, wird von dem Ziel 20 zurückreflektiert und wird dann durch den elektronischen Abstand-Messabschnitt 16 über die Linse 18 empfangen. Das Laserlicht kann bei anderen Haupt-Stationanordnungen jedoch auch über eine getrennte Linse empfangen werden. In bevorzugter Weise ist der Laserlichtstrahl gepulst, wodurch die Messung der Zeit vereinfacht wird, die das Licht benötigt, um von der Haupt-Station 10 zu dem Ziel 20 und zurück zu laufen. Unter der Voraussetzung einer exakten Laufzeitmessung, kann der Abstand zwischen der Haupt-Station und dem Ziel direkt berechnet werden. Das Azimut, der Winkel und die Höhenwinkel-Messungen in Verbindung mit dem berechneten Abstand zwischen der Haupt-Station 10 und dem Ziel 20 liefern dann Polar-Koordinaten des Ortes des Zieles 20 in Bezug auf die Haupt-Station 10.
Die Roboter-Haupt-Station 10 enthält eine Steuereinheit 28 mit einem Tastenfeld 30 und einer Anzeige 32. Die Roboter-Haupt-Station 10 enthält einen Servomechanismus (nicht gezeigt), welcher den elektronischen Abstand-Messabschnitt 16 orientiert, indem er dessen Drehung um die horizontale Achse steuert und indem er die Drehung eines Alhidade-Abschnitts 14 steuert und zwar um die vertikale Achse. Die Roboter-Haupt-Station 10 enthält ferner einen Radiosender (nicht gezeigt) und eine Antenne 14, die eine Kommunikation des Ortes und der Messdaten zu einer ferngelegenen Stelle ermöglichen.
Gemäß 3 ist ein System zum Steuern der Bewegung eines Maschinenelements 36 an einer Maschine 38 als Diagramm veranschaulicht. Das Maschinenelement ist als ein Blatt, Klinge oder Schaufel 36 dargestellt, welches an der Maschine 38 mit Hilfe von hydraulischen Zylindern 40 bewegt werden kann. Eine Steuereinheit 42 an der Maschine 38 steuert den Betrieb der Maschine 38, inklusive der Bewegung der Schaufel 36 mit Hilfe der Zylinder 40. Ein Paar von Zielen 44 und 46 sind an bekannten Positionen in Bezug auf das Maschinenelement 36 montiert und zwar mit Hilfe von Masten 48 und 50. Ein Neigungsmessgerät 45 liefert eine Anzeige über die Winkelsteigung des Maschinenelements 36.
Die Haupt-Station 10 ist an einem bekannten Ort nahe der Maschine 38 und dem Maschinenelement 36 positioniert. Die Haupt-Station 10 enthält eine Laserlichtquelle, um einen Laserlichtstrahl von einer Linse 18 aus zu erzeugen, der zu entweder dem Ziel 44 oder 46 gelenkt werden kann. Die Steuereinheit 28 in der Haupt-Station 10 enthält eine Ziel-Vorhersageeinheit, um die Orte von jedem der Paare von Zielen 44 und 46 basierend auf früheren Orten und Bewegung der Ziele vorherzusagen oder um alternativ die vorhergesagten Positionsinformationen durch die Steuereinheit 42 zu berechnen und diese zurück zur Haupt-Station 10 zu senden. Die Steuereinheit 28 enthält eine Strahl-Steuervorrichtung, die den Laserlichtstrahl auf die Ziele 44 und 46 lenkt und welche wiederholt und abwechselnd den Ort von jedem Ziel ermittelt. Der Pfad des Strahles zu dem Ziel 44 ist mit 52 bezeichnet und der Pfad des Strahls zu dem Ziel 46 ist mit 52' bezeichnet. Der Sender in der Haupt-Station 10 sendet die Orte von jedem der Ziele 44 und 46 über die Antenne 34 und die Antenne 54 an der Maschine 38 zu der Steuereinheit 42 an der Maschine 38.
Es sei darauf hingewiesen, dass die gemessenen Orte der Ziele 44 und 46 dafür verwendet werden können, um den gewünschten Ort, Orientierung und Bewegung des Maschinenelements 36 relativ zu der Haupt-Station 10 zu bestimmen. Diese Informationen können dann von der Steuereinheit 42 dazu verwendet werden, um die Maschine 38 zu betreiben.
Der Ort und die Orientierung des Maschinenelements 36 wird durch die Haupt-Station 10 überwacht und diese Informationen werden an die Maschine 38 geliefert, wo sie dazu verwendet werden können, um automatisch oder von Hand das Element 36 zu steuern. Das Paar der Ziele 44 und 46 ist an bekannten Positionen relativ zu dem Maschinenelement vorgesehen. In 3 ist beispielsweise eine Anordnung veranschaulicht, bei der die Ziele symmetrisch an dem Mast 48 und 50 an jedem Ende des Maschinenelements 36 montiert sind. Die Haupt-Station 10 ist an einer bekannten Stelle nahe dem Maschinenelement 36 vorgesehen. Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird der Ort von jedem der Ziele 44 und 46 wiederholt und abwechselnd bestimmt und zwar unter Verwendung der Roboter-Haupt-Station 10. Der Ort und die Orientierung des Maschinenelements 36 kann dann mit Hilfe der Steuereinheit 42 bestimmt werden und zwar basierend auf den Orten von jedem Paar der Ziele 44 und 46. Es sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl an Zielen wie beispielsweise drei oder vier Ziele verwendet werden können, wobei dann die Haupt-Station wiederholt und aufeinanderfolgend die Position von jedem der Vielzahl der Ziele ermittelt. Solch ein Anordnung kann eine größere Genauigkeit liefern und kann auch den Betrieb des Systems vereinfachen, wenn die Haupt-Station nicht dafür ausgebildet ist, eines der Ziele zu erwerben bzw. anzupeilen.
Der Laserlichtstrahl wird abwechselnd zu einem und dann zu einem des Paares der Ziele 44 und 46 entlang der Pfade 52 und 52' in einer relativ schnellen Weise gelenkt. Die Ziele werden von der Roboter-Haupt-Station 10 abwechselnd angepeilt und zwar mit Hilfe der Stroboskop-Lichtimpulse, die in allen Richtungen von den konischen Spiegeln 56 und 58 nach außen reflektiert werden. Die gemessenen Orte der Ziele werden in der Steuereinheit 28 oder alternativ in der Steuereinheit 42 gespeichert. Dadurch wird eine Bewegungsgeschichte von jedem der Ziele geliefert und es ergibt sich die Möglichkeit, dass die weiteren Orte von jedem der Ziele durch die Zielvorhersageeinheit in der Steuereinheit 28 vorhergesagt werden können oder diese von der Steuereinheit 42 zurückgesendet werden können. Dies vereinfacht wiederum deren Erwerb, wenn der Laserstrahl abwechselnd zu dem einen und zu dem anderen des Paares der Ziele gelenkt wird, oder zu jedem der Ziele in einer Aufeinanderfolge für einen Fall, dass mehr als zwei Ziele verwendet werden. Es sei auch darauf hingewiesen, dass basierend auf den für die Ziele 44 und 46 gemessenen Orten die Orientierung des Maschinenelements 36 durch die Steuereinheit 42 bestimmt werden kann. Die Steuereinheit 42 kann auch auf das Neigungsmessgerät 45 ansprechen, welches eine Anzeige der Orientierung des Elements 36 von einem Ende zum anderen liefert. Die Frequenz, mit welcher die Haupt-Station zwischen zwei Zielen umschaltet, kann variieren, abhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher das Maschinenelement 36 und die Ziele 44 und 46 bewegt werden.
Wenn es gewünscht wird, kann das Paar der Ziele 44 und 46 an symmetrischen Positionen in Bezug auf das Maschinenelement 36 fixiert werden, obwohl dies nicht erforderlich ist. Alles was erforderlich ist, besteht darin, dass die Ziele in einer bekannten, fixierten Beziehung in Bezug auf das Element 36 stehen. Wenn die Position der Ziele bekannt ist, ist auch die Position des Maschinenelements bekannt. Es sei ferner erwähnt, dass, obwohl die Beschreibung einer Anordnung mit zwei Zielen vorgenommen wurde, ein System, welches drei oder noch mehr Ziele verwendet, ebenso verwendet werden kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn einmal die Orte der Ziele bestimmt worden sind, diese Informationen zur Steuerung der Bewegung des Maschinenelements verwendet werden können. Die Ortsinformationen werden zu der Maschine 38 gesendet und es wird die Orientierung des Maschinenelement 36 mit Hilfe der Steuereinheit 42 bestimmt. Beispielsweise kann eine gewünschte Arbeitsort-Kontur in einem Computer 60 gespeichert sein und kann von der Steuereinheit 42 dafür verwendet werden, um das Element 36 zu steuern, damit diese Kontur erreicht wird. Die gewünschte Flächenkonfiguration eines Bereiches, der gepflastert werden soll, kann in dem Computer 60 gespeichert sein, wenn beispielsweise eine Straßenpflastermaschine oder Straßenbetoniermaschine gesteuert wird. Die Bewegung des Maschinenelements 36 wird durch die Steuereinheit 40 gespeichert und zwar entweder automatisch oder von Hand, sodass das Maschinenelement 36 sich entlang einem gewünschten Pfad bewegt.

Claims

Verfahren zum Überwachen des Ortes und der Orientierung eines Maschinenelements (36), mit den folgenden Schritten: Vorsehen einer Vielzahl von Zielen (44, 46) an bekannten Positionen relativ zu dem Maschinenelement (36), Vorsehen einer Totalstation (10) an einem bekannten Ort nahe dem Maschinenelement (36), wiederholtes und aufeinanderfolgendes Bestimmen des Ortes von jedem Ziel (44, 46) unter Verwendung der Totalstation (10), Bestimmen der Orientierung des Maschinenelements (36) basierend auf den wiederholt und aufeinanderfolgend bestimmten Orten der Vielzahl von Zielen (44, 46); Speichern der wiederholt und aufeinanderfolgend bestimmten Orte von jedem der Ziele (44, 46) und der Bewegungsgeschichte von jedem der Ziele (44, 46) Vorhersagen von zukünftigen Orten von jedem der Ziele (44, 46) anhand der gespeicherten Orte und der Bewegungsgeschichte von jedem der Ziele (44, 46), Wiedererwerben der Ziele (44, 46) unter Verwendung der vorhergesagten zukünftigen Orte, und Variieren der Frequenz des wiederholten und aufeinanderfolgenden Bestimmens in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit des Maschinenelements (36).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt eines wiederholten und aufeinanderfolgenden Bestimmens des Ortes von jedem Ziel (44, 46) unter Verwendung der Totalstation (10) einen Schritt eines wiederholten und aufeinanderfolgenden Ausrichten eines Laserlichtstrahls von der Totalstation (10) auf jedes der Vielzahl von Zielen (44, 46) sowie ein Messen der Abstände von der Totalstation (10) zu jedem der Vielzahl von Zielen (44, 46) und ein Messen der Richtungen zu jedem der Vielzahl von Zielen (44, 46) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt eines wiederholten, aufeinanderfolgenden Bestimmens des Ortes von jedem Ziel (44, 46) unter Verwendung der Totalstation (10) das Ausrichten eines Laserlichtstrahls von der Totalstation (10) zu den Zielen (44, 46) durch aufeinanderfolgendes Erwerben der Ziele (44, 46) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Schritt des aufeinanderfolgenden Erwerbens der Ziele (44, 46) einen Schritt des Speicherns der detektierten Orte von jedem der Ziele (44, 46) und der Bewegungsgeschichte von jedem der Ziele (44, 46) umfasst, sowie das Vorhersagen der Orte von jedem der Ziele (44, 46) umfasst, wenn der Laserstrahl wiederholt und aufeinanderfolgend auf jedes der Ziele (44, 46) gelenkt wird, um dadurch das Wiedererwerben der Ziele (44, 46) zu vereinfachen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Vorsehens der Vielzahl von Zielen (44, 46) an bekannten Positionen in Bezug auf das Maschinenelement (36) einen Schritt des Vorsehens eines Paares von Zielen (44, 46), die an bekannten Positionen an dem Maschinenelement (36) fixiert sind und mit dem Maschinenelement (36) bewegbar sind, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des Vorsehen eines Paares von Zielen (44, 46), die an bekannten Positionen an dem Maschinenelement (36) fixiert sind und mit dem Maschinenelement (36) bewegbar sind, einen Schritt des Vorsehens eines Paares an Zielen (44, 46) umfasst, die an symmetrischen Positionen in Bezug auf das Maschinenelement (36) fixiert sind.
Verfahren zum Steuern der Bewegung eines Maschinenelements, mit den folgenden Schritten: Vorsehen einer Vielzahl von Zielen (20, 44, 46) an bekannten Positionen in Bezug auf ein bewegbares Maschinenelement (36), Vorsehen einer Totalstation (10) an einem bekannten Ort nahe bei dem bewegbaren Maschinenelement (36), wiederholtes und aufeinanderfolgendes Bestimmen des Ortes von jedem Ziel (20, 44, 46) unter Verwendung der Totalstation (10), Aussenden des Ortes von jedem Ziel (44, 46), welches durch die Totalstation (10) bestimmt wurde, von der Totalstation (10) zu der Maschine (38) hin, Bestimmen der Orientierung des Maschinenelements (36) an der Maschine (38) basierend auf den wiederholt und aufeinanderfolgend bestimmten Orten der Ziele (20, 44, 46), und Steuern der Bewegung des Maschinenelements (36) an der Maschine (38) im Ansprechen auf die bestimmten Orte der Ziele (44, 46) und der bestimmten Orientierung des Maschinenelements (36), Speichern der wiederholt und aufeinanderfolgend bestimmten Orte von jedem der Ziele (44, 46) und der Bewegungsgeschichte von jedem der Ziele (44, 46) Vorhersagen von zukünftigen Orten von jedem der Ziele (44, 46) anhand der gespeicherten Orte und der Bewegungsgeschichte von jedem der Ziele (44, 46), Wiedererwerben der Ziele (44, 46) unter Verwendung der vorhergesagten zukünftigen Orte, und Variieren der Frequenz des wiederholten und aufeinanderfolgenden Bestimmens in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit des Maschinenelements (36).
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Schritt gemäß einem wiederholten und aufeinanderfolgenden Bestimmen des Ortes von jedem der Ziele (44, 46) unter Verwendung der Totalstation (10) einen Schritt des wiederholten und aufeinanderfolgenden Ausrichtens eines Laserlichtstrahles von der Totalstation (10) zu jedem der Vielzahl von Zielen (44, 46) hin, sowie ein Messen der Abstände von der Totalstation (10) zu jedem der Vielzahl von Zielen (44, 46) hin und ein Messen der Richtungen zu jedem der Vielzahl von Zielen (44, 46) hin, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt des wiederholten und aufeinanderfolgenden Bestimmens des Ortes von jedem Ziel (44, 46) unter Verwendung der Totalstation (10) das Ausrichten eines Laserlichtstrahls von der Totalstation (10) zu den Zielen (44, 46) durch aufeinanderfolgendes Erwerben der Ziele (44, 46) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt des aufeinanderfolgenden Erwerbens der Ziele (44, 46) einen Schritt des Speicherns der detektierten Orte von jedem der Ziele (44, 46) und der Bewegungsgeschichte von jedem der Ziele (44, 46) sowie das Vorhersagen der Orte von jedem der Ziele (44, 46) umfasst, wenn der Laserstrahl wiederholt und aufeinanderfolgend zu jedem der Ziele (44, 46) hin ausgerichtet wird, um dadurch das Wiedererwerben der Ziele (44, 46) zu vereinfachen.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Schritt des Vorsehen einer Vielzahl von Zielen (44, 46) an bekannten Positionen in Bezug auf das Maschinenelement (36) einen Schritt des Vorsehens eines Paares von Zielen (44, 46), die an bekannten Positionen an dem Maschinenelement (36) fixiert sind und mit dem Maschinenelement (36) bewegbar sind, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt des Vorsehens eines Paares von Zielen (44, 46), die an bekannten Positionen an dem Maschinenelement (36) fixiert sind und mit dem Maschinenelement (36) bewegbar sind, einen Schritt umfasst, bei dem ein Paar der Ziele (44, 46) an symmetrischen Positionen in Bezug auf das Maschinenelement (36) fixiert werden.
System zum Steuern der Bewegung eines Maschinenelements (36) an einer Maschine (38), mit einer Steuereinheit (28) an der Maschine (38) zum Steuern des Maschinenelements (36); einer Vielzahl von Zielen (20, 44, 46), die an bekannten Positionen in Bezug auf ein sich bewegendes Maschinenelement (36) montiert sind, und einer Totalstation (10), die an einer bekannten Position nahe bei dem sich bewegenden Maschinenelement (36) positioniert ist, wobei die Totalstation (10) folgendes enthält: eine Laserlichtquelle zum Vorsehen eines Laserlichtstrahls zu den Zielen (44, 46) hin, eine Ziel-Vorhersageeinheit (28, 42) zum Vorhersagen der zukünftigen Orte von jedem der Ziele (44, 46) basierend auf gespeicherten wiederholt und aufeinanderfolgend bestimmten Orten und einer Bewegung der Ziele (44, 46), einer Strahl-Steuereinheit (28) zum Ausrichten des Laserlichtstrahls auf die Ziele (44, 46) und um wiederholt und aufeinanderfolgend den Ort von jedem Ziel (44, 46) basierend auf den vorhergesagten zukünftigen Orten von jedem der Ziele (44, 46) wiederzuerwerben, und einen Sender zum Aussenden der Orte von jedem der Ziele (44, 46) zu der Steuereinheit (28) an der Maschine (38); wobei die gemessenen Orte der Ziele (44, 46) zum Bestimmen des Ortes, der Orientierung und der Bewegung des Maschinenelements (36) verwendbar sind, um die Steuerung des Maschinenelements (36) zu vereinfachen und wobei die Frequenz des wiederholten und aufeinanderfolgenden Bestimmens in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit des Maschinenelements (36) variierbar ist.
System nach Anspruch 13, bei dem die Totalstation (10) ferner eine Messeinheit (16) enthält, um die Abstände von der Totalstation (10) zu jedem der Ziele (44, 46) und die Richtungen zu jedem der Ziele (44, 46) hin zu messen.
System nach Anspruch 13, bei dem die Vielzahl von Zielen (44, 46) ein Paar von Zielen umfasst.