DE19756676C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abfräsen von Verkehrsflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abfräsen von Verkehrsflächen mit einer Fräswalze, einer Fräsmaschine und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Abfräsen von Verkehrsflächen.

Derartige Fräsmaschinen werden benötigt, um zur Herstel­ lung eines neuen Straßenbelages zunächst den alten Stra­ ßenbelag einer Verkehrsfläche abzutragen.

Bei Straßenfräsarbeiten werden verschiedene Systeme zur automatischen Regelung der Frästiefe der Fräswalze einge­ setzt. Allen gemeinsam ist, daß ein konstanter Soll-Wert für die Frästiefe einmalig vorgegeben wird und dieser Wert solange eingehalten wird, bis manuell ein neuer Soll-Wert vorgegeben wird. Dieser Soll-Wert ist somit un­ abhängig von der Position der Fräsmaschine in der Ebene, so daß Unebenheiten in bestimmten Abschnitten der Ver­ kehrsfläche nicht ausgeglichen werden können. Das Abfrä­ sen einer bestehenden Oberfläche mit einer konstant ein­ gestellten Fräs­ tiefe auf der neuen Oberfläche abgebildet wird. Zur Ver­ minderung dieser Kopierwirkung wird auf verschiedene Arten die tatsächliche Frästiefe (Ist-Wert) über einen Sensor gemessen und von einem Frästiefenregler mit der gewün­ schten Frästiefe (Soll-Wert) verglichen. Dieser Vergleich geschieht kontinuierlich und die ermittelte Soll-Wertab­ weichung wird im Frästiefenregler in ein Steuersignal zur Höhenverstellung der Fräswalze umgewandelt.

Folgende Verfahren zur Messung des Ist-Wertes der Fräs­ tiefe werden in Fräsmaschinen eingesetzt:

• 1. Höhenabtastung mit beliebigem Sensor am Kantenschutz
  Hierbei wird einem Sensor die Änderung des Abstandes zwischen dem das Straßenprofil abtastenden Kanten­ schutz der Fräsmaschine und einem Fixpunkt am Maschi­ nenrahmen gemessen. Die Abstandsänderung ist das Maß, um das sich der Kantenschutz dem Straßenprofil fol­ gend entsprechend hebt oder senkt, so daß um diesen Betrag die Frästiefe automatisch erhöht bzw. verrin­ gert werden kann. Die Länge des Kantenschutzes wird hierbei als Abtastbasis bezeichnet. Längswellen mit einer Wellenlänge kleiner als die Kantenschutzlänge (ca. 1 bis 2 m) werden hierbei ausgeglichen. Trotzdem erfolgt immer noch ein Kopierfräsen des ursprüng­ lichen Istprofils, da der Kantenschutz auf dem beste­ henden Profil läuft und Unebenheiten größerer Wellen­ länge dennoch in das neue Straßenprofil einkopiert werden.
• 2. Höhenabtastung mit einem Gleitski oder an einer Meß­ latte montierten Meßrädern
  Bei diesem Verfahren gleitet bzw. rollt ein Meßski bzw. Meßrad über die Straßenoberfläche. Der Ski bzw. das Rad ist über einen Schwenkhebel vertikal beweg­ lich an einem Drehwinkelgeber befestigt, der die Änderung des Abstandes zwischen Meßrad bzw. Gleitski und dem Befestigungspunkt des Drehwinkelgebers am Maschinenrahmen mißt. Um diesen Betrag wird die Fräs­ tiefe anschließend angehoben oder verringert. Abtast­ basis ist hierbei die Länge des Gleitskis bzw. der Meßlatte. Längsunebenheiten mit einer Wellenlänge größer als die Länge des Skis bzw. der Meßlatte wer­ den kopiert, kleinere Längswellen können ausgeglichen werden. Durch Verlängerung der Meßlatte oder des Gleitskis lassen sich auch Längswellen mit einer Wellenlänge im Bereich von 5 bis 10 m ausgleichen.
• 3. Multiplex-Höhenabtastungen mit mehreren Ultraschall- Sensoren in Reihe
  Bei diesem aus der EP-A-0 547 378 bekannten Verfahren werden auf einer Maschinenseite drei Ultraschall- Sensoren in Längsrichtung der Maschine fest am Ma­ schinenrahmen montiert, d. h. ein Sensor am vorderen Maschinenende, ein Sensor über der Drehachse der Fräswalze und ein Sensor am hinteren Maschinenende. Die Sensoren messen die Abstandsänderung zwischen dem Maschinenrahmen und dem Straßenprofil. Aus diesen Meßwerten wird unter Berücksichtigung der in den Meßwerten des vorderen und hinteren Sensors enthalte­ nen Längsneigung der Maschine ein Mittelwert berech­ net, um dessen Betrag die Frästiefe angehoben oder verringert wird. Durch diese Maßnahme vergrößert sich die Abtastbasis auf die Länge der Fräsmaschine, was einen Ausgleich von Längswellen mit einer Wellenlänge kleiner als die Maschinenlänge ermöglicht. Auch diese Vorgehensweise verbessert die Ebenheit des Straßen­ profils, wobei allerdings immer noch ein Kopierfräsen stattfindet, bei dem langwellige Unebenheiten mit einer Wellenlänge über 5 bis 10 m weiterhin auf das neu erstellte Profil übertragen werden.
• 4. Relatives Abtasten der Höhe gegenüber einer zusätz­ lich geschaffenen Referenz
• 5. Bei diesem Verfahren wird entlang der zu fräsenden Oberfläche ein Nivellierdraht gespannt und eingemes­ sen. Grundlage für eine korrekte Einmessung ist die vorausgegangene Vermessung des vorhandenen Ober­ flächenprofils. Der Draht wird mittels einer fest am Maschinenrahmen angeordneten Abstandsmesseinrichtung (Drehwinkelgeber, Sonic-Ski u. s. w.) kontinuierlich abgetastet, wobei die Abstandsänderung zwischen dem Maschinenrahmen und dem Draht wiederum ein Maß für die Frästiefenkorrektur der Fräswalze ist. Bei dieser Vorgehensweise wird nicht mehr die Unebenheit der ursprünglichen Straßenoberfläche in die neu erstellte Oberfläche kopiert, sondern eine zum Nivellierdraht parallele Oberfläche. Bei einem korrekt eingemessenen Führungsdraht läßt sich theoretisch dann genau das gewünschte neue Straßenprofil erzielen.
  Bei der Höhenabtastung an einem Nivellierdraht be­ steht das Problem, daß der Nivellierdraht entsprech­ end dem zuvor bestimmten Soll-Profil aufgespannt und eingemessen werden muß. Dies erfordert einen hohen Zeitaufwand und ist daher aus Kostengründen nachtei­ lig.
• 6. Nivellierung mit einem Laser
  Diese Vorgehensweise beruht darauf, daß ein statio­ närer Rotationslaser mit seinem Strahl eine künst­ liche, scheibenförmige Ebene aufspannt. Ein Laserem­ pfänger, der fest auf dem Maschinenrahmen installiert ist, mißt ständig die Entfernungsänderung zwischen dem Maschinenrahmen und der künstlich aufgespannten Ebene. Hierbei muß ebenfalls zuvor eine Vermessung des Straßenprofils erfolgen. Mit diesem Verfahren läßt sich theoretisch eine ebene Fläche ggf. auch eine geneigte Fläche erstellen, allerdings können nicht beliebige Profile erzeugt werden, da der Rota­ tionslaser immer nur eine scheibenförmige Ebene er­ zeugt.
  Dementsprechend ist auch die Anwendungsmöglichkeit des Lasers beschränkt. Außerdem muß der Laser eben­ falls exakt positioniert und eingerichtet werden, was ebenfalls Zeit- und kostenintensiv ist. Ein weiterer Nachteil besteht in der Meßgenauigkeit, die nicht so hoch ist, wie die eines mechanischen Sensors.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß bei dem Abtasten der Höhe gegenüber dem Boden nur ein Kopieren des vorhan­ denen Straßenprofils möglich ist, wobei existierende Längsunebenheiten zwangsläufig übernommen werden. Durch die Verlängerung der Abtastbasis ist zwar ein Ausgleich dieser Längswellen bis zu einem gewissen Grad möglich, jedoch können Wellenlängen über 5 bis 10 m nicht ausge­ glichen werden. Gerade diese langwelligen Unebenheiten führen bei Fahrzeugen bei einer bestimmten Fahrgeschwin­ digkeit zu einem Aufschaukeln. Dies vermindert den Fahr­ komfort sowie die Fahrsicherheit. Weitere Nachteile der Längsunebenheiten der Straße bestehen in der zusätzlichen Geräuschbildung und in dem erhöhten Kraftstoffverbrauch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abfräsen von Verkehrsflächen zu schaffen, das in einfacher Weise eine Korrektur der Längs­ welligkeit einer Verkehrsfläche ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die Merk­ male des Anspruchs 1 bzw. 20.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sind folgende Schritte vorgesehen:

• - Aufnehmen des Ist-Profils der Verkehrsfläche und Erstellen von zumindest zweidimensionalen Ist-Profil­ daten (x, z) durch Zuordnen der gemessenen Profilwerte zu Positionsdaten einer relativen oder absoluten Positionsbestimmungseinrichtung,
• - Erzeugen von Soll-Profildaten aus bereits zuvor oder on-line ermittelten Ist-Profildaten, wobei die Soll- Profildaten hinsichtlich der Längswelligkeit der Verkehrfläche korrigiert sind, und
• - Bestimmen der aktuellen Position der Fräsmaschine und der eingestellten Frästiefe als Ist-Wert,
• - Regeln der Frästiefe der Fräswalze in Abhängigkeit der Differenz des Ist-Wertes und des der aktuellen Position der Fräsmaschine zugeordneten Soll-Wertes aus den Soll-Profildaten über eine Maschinensteue­ rung.

Das Ist-Profil der Verkehrfläche kann im On-line-Verfahren mit Hilfe einer Profilabtasteinrichtung gemessen werden, wobei die gemessenen Ist-Profildaten entsprechenden Posi­ tionsdaten einer relativen oder absoluten Positionsbe­ stimmungseinrichtung zugeordnet werden. Die Soll-Profil­ daten werden, sofern sie nicht von einem auf der Fräsma­ schine installierten Rechner berechnet werden, mit Hilfe von Datenträgern oder per Funk an die Maschinensteuerung übertragen.

Die Höhenkoordinate z wird mit Hilfe der Positionsdaten der relativen oder absoluten Positionsbestimmungseinrich­ tung bezogen auf die Profilabtasteinrichtung oder die Fräsmaschine ermittelt. Diese z-Koordinate wird dann mit Hilfe einer Tiefenmeßeinrichtung zusätzlich präzisiert, die sowohl an der Profilabtasteinrichtung als auch an der Fräsmaschine angeordnet ist. Dieser z-Koordinatenwert der Ist-Profildaten liefert einen exakten Positionswert im Raum für die Ist-Profildaten. Die z-Koordinaten können kombiniert werden mit absoluten oder relativen Positions­ daten in der Ebene (x, y-Koordinaten) und oder mit einer Wegstreckeninformation über die relativ zu einem Bezugs­ punkt zurückgelegte Wegstrecke.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht demzufolge auch darin, daß eine aufwendige Posi­ tionsbestimmung hinsichtlich der Fräsmaschine entfallen kann, wenn die Zuordnung der Soll-Profildaten, z. B. über eine Wegstreckeninformation, möglich ist.

Die am wenigsten aufwendige Positionsbestimmung besteht darin, daß sowohl die Maschinenposition in Wegrichtung als auch die Höhenkoordinate relativ bestimmt werden. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genügt dem­ zufolge letztlich eine genaue Wegmessung, wenn die Soll­ profildaten auch eine Wegstreckeninformation enthalten.

Hinsichtlich der Regelung der Frästiefe bildet der Ist- Wert der eingestellten Frästiefe die Störgröße, der Soll- Wert aus den Soll-Profildaten die Führungsgröße, und das Stellsignal für die Frästiefe der Fräswalze die Regel­ größe.

Hinsichtlich der Ist-Profildaten kann ggf. auch auf archi­ vierte frühere Daten zurückgegriffen werden.

Die Soll-Profildaten können Ortsvektoren zur Steuerung der Fräsmaschine, und zwar im einzelnen die Position der Fräs­ maschine in der Ebene (x, y, z- oder x, z-Koordinaten), die hinsichtlich der Längswelligkeit korrigierte Frästiefe (z- Koordinate), die Neigung und die Fahrtrichtung der Fräs­ maschine enthalten.

Schließlich kann auch die Lenkung und/oder die Querneigung der Fräsmaschine in Abhängigkeit der Soll-Profildaten und der aktuellen Positionsdaten durch die Maschinensteuerung gesteuert werden.

Die aus der Messung des Ist-Profils mit einer Profilab­ tasteinrichtung gewonnenen Ist-Profildaten enthalten ins­ besondere die Längswelligkeit der Verkehrsfläche. Insofern kommt es auf eine bestimmte Basislänge der Profilabtast­ einrichtung nicht an, da die Welligkeit der Profildaten ohnehin bei der Erstellung der Soll-Profildaten ausge­ glichen wird.

Vorzugsweise wird nach der Bearbeitung der Verkehrsfläche erneut das Ist-Profil gemessen und die Ist-Profildaten mit dem zugeordneten Positionsdaten zur Dokumentation gespei­ chert. Mit Hilfe dieser Dokumentation kann gegenüber dem Auftraggeber nachgewiesen werden, wie exakt das Soll-Pro­ fil der Verkehrsfläche eingehalten worden ist.

Die Position der Profilabtasteinrichtung und/oder der Fräsmaschine kann im Raum absolut oder relativ dreidimen­ sional bestimmt werden.

Alternativ kann die Maschinenposition in der Ebene absolut und die Höhenkoordinate relativ bestimmt werden.

Zusätzlich zur Frästiefenregelung kann anhand der Maschi­ nenkoordinaten im Raum auch die Lenkungssteuerung der Fräsmaschine folgen. Über eine solche Maschinensteuerung könnte die Fräsmaschine ohne Bedienungspersonal auf einer Baustelle ferngesteuert bedient werden.

Eine Weiterbildung des Verfahrens erfolgt durch

• - das Aufnehmen des Ist-Profils durch Überfahren eines ersten Teilabschnitts der Verkehrsfläche,
• - das Erzeugen der Soll-Profildaten aus einem Anfangs­ basisdatensatz, der die Ist-Profildaten des ersten Teilabschnitts der Verkehrsfläche enthält,
• - das Abfräsen des ersten Teilabschnitts der Verkehrs­ fläche mit einer Frästiefenregelung auf der Basis der sich aus dem Anfangsbasisdatensatz ergebenden Soll- Profildaten des ersten Teilabschnitts,
• - das kontinuierliche Aktualisieren des sich auf eine vorbestimmte Basislänge der Verkehrsfläche beziehen­ den Basisdatensatzes nach dem Abfräsen des ersten Teilabschnittes entsprechend dem weiteren Arbeits­ fortschritt, indem die Ist-Profildaten inkremental aktualisiert werden, und
• - das Abfräsen weiterer Teilabschnitte der Verkehrs­ fläche in Abhängigkeit von kontinuierlich aktuali­ sierter Soll-Profildaten auf der Basis des ständig aktualisierten Basisdatensatzes.

Zu Beginn wird zunächst das Ist-Profil in einem ersten Teilabschnitt der Verkehrfläche aufgenommen. Dieser Teil­ abschnitt dient als Basislänge für die aufgenommenen Ist- Profildaten die in dem Anfangsbasisdatensatz gespeichert werden. Die in dem Anfangsbasisdatensatz enthaltenen Ist- Profildaten dienen zur Erzeugung der Soll-Profildaten für den ersten Teilabschnitt. Anschließend wird der erste Teilabschnitt abgefräst, wobei die Frästiefenregelung in Abhängigkeit des positionsabhängigen Sollwertes der Soll- Profildaten, die sich auf den ersten Teilabschnitt bezie­ hen, erfolgt.

Nach dem Abfräsen des ersten Teilabschnitts wird das Ist- Profil über den ersten Teilabschnitt hinaus weiterhin kontinuierlich abgetastet, wobei der Basisdatensatz kon­ tinuierlich durch die neu aufgenommenen Ist-Profildaten aktualisiert wird. Der Basisdatensatz bezieht sich dabei auf eine vorbestimmte Basislänge der Verkehrsfläche. Diese Basislänge wandert mit dem Arbeitsfortschritt mit, so daß entsprechend der Aufnahme neuer Ist-Profildaten, die am weitesten zurückliegenden Ist-Profildaten aus dem Basis­ datensatz entfernt werden. Das Abfräsen weiterer Teilab­ schnitte der Verkehrsfläche erfolgt dann in Abhängigkeit von kontinuierlich aktualisierten Soll-Profildaten auf der Basis des ständig aktualisierten Basisdatensatzes.

Vorzugsweise entspricht die Länge des ersten Teilab­ schnitts der Verkehrsfläche der Basislänge des fortlaufend aktualisierten Basisdatensatzes.

Der Basisdatensatz enthält die Ist-Profildaten eines Teil­ abschnitts der Verkehrsfläche, deren Länge größer ist als die Länge der noch auszugleichenden Längswelle der Ver­ kehrsfläche.

In der Praxis bedeutet dies, daß der Basisdatensatz bei­ spielsweise die Ist-Profildaten eines Teilabschnitts der Verkehrsfläche von ca. 50 bis 300 m Länge, vorzugsweise von ca. 100 bis 200 m Länge, enthält.

Das Aufnehmen des Ist-Profils der Verkehrsfläche im er­ sten Teilabschnitt kann in vorteilhafter Weise auch durch die Fräsmaschine erfolgen. Dabei ist die Fräswalze nicht im Eingriff mit der Verkehrsfläche. Am vorderen Maschi­ nenrahmen der Fräsmaschine ist dabei eine Profilabta­ steinrichtung sowie eine Positionsbestimmungseinrichtung angeordnet.

Alternativ kann das Aufnehmen des Ist-Profils der Ver­ kehrsfläche im ersten Teilabschnitt mit einer separat verfahrbaren Profilabtasteinrichtung erfolgen.

Nach dem ersten Teilabschnitt erfolgt das kontinuierliche Aufnehmen des Ist-Profils der Verkehrsfläche mit einer an der Fräsmaschine im vorderen Bereich angeordneten Pro­ filabtasteinrichtung.

Die durch den. Basisdatensatz erfaßte Basislänge der Ver­ kehrsfläche für die Erzeugung der Soll-Profildaten kann während des Arbeitsfortschritts veränderbar sein. Auf diese Weise kann während des Fräsprozesses auf Besonder­ heiten der Geländestruktur Rücksicht genommen werden.

Die separate Profilabtasteinrichtung kann mit einem vor­ wählbaren Abstand zur Fräsmaschine das Ist-Profil vor der Fräsmaschine abtasten. Die kontinuierlich erzeugten Soll- Profildaten werden dabei aus einem Basisdatensatz erzeugt, der sich z. T. auf einen relativ zur Fräsmaschine voraus­ liegenden Teilabschnitt der Verkehrsfläche und z. T. auf einen von der Fräsmaschine bereits überfahrenen Teilab­ schnitt bezieht. In diesem Fall muß demzufolge stets eine separate Profilabtasteinrichtung relativ zu der Fräs­ maschine vorausfahren. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Basislänge, auf den sich der Basisdatensatz be­ zieht, stets einen vorausliegenden Teilabschnitt der Ver­ kehrsfläche berücksichtigt während bei der On-line-Ist- Profildatenerfassung an der Fräsmaschine die Basislänge im wesentlichen rückschauend, d. h. auf einen bereits über­ fahrenen Teilabschnitt der Verkehrsfläche bezieht.

Weitere vorteilhafte Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren zum Abfräsen von Verkehrsflächen,

Fig. 2 die Regelung der Frästiefe während des Fräspro­ zesses,

Fig. 3 die Glättung der Längswelligkeit der Verkehrs­ fläche mit Hilfe des erfindungsgemäßen Fräsver­ fahrens, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zum Abfräsen von Verkehrs­ flächen.

Das Verfahren zum Abfräsen von Verkehrsflächen 2 ist in Fig. 1 näher erläutert. Grundsätzlich besteht das Verfah­ ren aus drei Prozeßschritten, nämlich zunächst die Ist- Profilaufnahme mit der Erstellung der Ist-Profildaten, dann die Erstellung eines gewünschten Soll-Profils und schließlich der Fräsprozeß. Im Anschluß an den Fräsprozeß kann eine erneute Ist-Profilaufnahme zur Dokumentation des Fräsergebnisses erfolgen.

Die Ist-Profilaufnahme kann vorab erfolgen, wobei eine Profilabtasteinrichtung 8 die später zu bearbeitende Ver­ kehrsfläche 2 abfährt und dabei das Ist-Profil der Ver­ kehrsfläche 2 zumindest zweidimensional erfaßt. Zweckmäßig ist dabei die Verwendung einer absoluten Positionsbe­ stimmungseinrichtung 16a, 16c, mit deren Hilfe das Ist- Profil mit hoher Genauigkeit erstellt werden kann. Die Profilabtasteinrichtung 8 ist mit einer relativen Tiefen­ messeinrichtung versehen, so daß die Tiefenwerte (z-Koor­ dinate) der absoluten Positionsbestimmungseinrichtung 16a, 16b durch die relativen Tiefenwerte der Profilabtast­ einrichtung 8 korrigiert werden können. Es werden somit zumindest zweidimensionale Ist-Profildaten durch Zuordnen der gemessenen Tiefenwerte zu Positionsdaten der relativen oder absoluten Positionsbestimmungseinrichtung 16a, 16b erstellt.

Vor Beginn des Fräsprozesses werden dann aus den vorhande­ nen Ist-Profildaten rechnerisch mathematisch-geometrisch oder graphisch am Bildschirm ggf. mit Interventionsmög­ lichkeiten durch eine Bedienungsperson Soll-Profildaten erstellt, die einerseits von einer vorgegebenen Frästiefe und andererseits von Tiefenkorrekturwerten hinsichtlich der Längswelligkeit der Verkehrsfläche 2 abhängig sind. Die Ist-Profildaten werden somit hinsichtlich der Tiefen­ werte geglättet, wodurch auch eine langwellige Längswel­ ligkeit der Verkehrsfläche 2 auskorrigierbar ist. Dabei können die erstellten Soll-Profildaten rein rechnerisch geglättet sein oder auch überwacht, wobei eine Bedienungs­ person z. B. bei dem Beginn von Gefällstrecken über eine Korrektur des Tiefenwertes entscheidet.

Der Fräsprozeß besteht nun darin, zunächst die aktuelle Position der Fräsmaschine zumindest hinsichtlich der Weg­ koordinate zu bestimmen. Dies erfolgt beispielsweise mit einer Positionsbestimmungseinrichtung 16b, die an dem Maschinenrahmen 12 der Fräsmaschine 6 angeordnet ist.

Die Positionsermittlung für die Position der Fräsmaschine 6 kann prinzipiell über drei Verfahren erfolgen:

• a) bei der absoluten Positionsbestimmung werden die Maschinenkoordinaten in allen drei Raumkoordinaten (x, y, z) absolut gemessen. Dies kann z. B. mit gestütz­ ten GPS-System oder mit Laser-Tracking-Stationen mit automatischer Zielverfolgung (Totalstationen) erfol­ gen.
  Bei dem GPS-System erfolgt die Positionsbestimmung mit Hilfe von Satelliten, wobei zur Positionsbestim­ mung die Laufzeitunterschiede von Signalen zwischen unterschiedlich positionierten Satelliten und dem Gegenstand verwendet werden. Höhere Genauigkeiten werden mittels des DGPS-Systems erreicht (Differen­ tial-GPS), bei dem zusätzlich zu dem mit der Fräs­ maschine 6 bewegten GPS-Empfänger 16b ein stationärer GPS-Empfänger 16c im näheren Umfeld aufgestellt wird. Durch die Differenzbildung der Signale beider GPS- Empfänger erhält man eine höhere Genauigkeit. Zur Erzielung noch höherer Genauigkeiten kann die Posi­ tionsinformation zusätzlich über Kreiselkompaß, Weg­ impuls und Lenkinformationen korrigiert werden (ge­ stütztes DGPS-System).
• b) Bei Verwendung einer oder mehrerer automatischer Totalstationen wird die Maschine mit einem Reflektor, nämlich einem aktiven oder passiven Prisma, ausgerü­ stet, das einen von einer Sender/Empfangseinheit ausgesandten Laserstrahl zu derselben zurückreflek­ tiert. Aus der Laufzeit und/oder der Phasenlage des Signals und den Empfangswinkeln kann die Position der Maschine errechnet werden.
• c) Den Ist-Profildaten wird zusätzlich eine Wegstrecken­ information hinzugefügt. Die Positionsbestimmung der Fräsmaschine 6 kann dann allein aufgrund der zurück­ gelegten Wegstrecke den Ist- bzw. Soll-Profildaten zugeordnet werden.

Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit kann zusätzlich die relative Höhenkoordinate zwischen den Fahrwerken einer Fräsmaschine 6 oder einer Profilabtasteinrichtung 8 gemes­ sen werden, wobei dieser relative z-Wert zur Korrektur der absoluten z-Koordinate verwendet wird.

Es ist demzufolge nicht zwingend erforderlich, daß die Positionsbestimmungseinrichtung 16b der Fräsmaschine 6 wiederum absolute Positionsdaten erzeugt.

Die Maschinensteuerung 10 kann mit Hilfe der Positionsbe­ stimmungseinrichtung 16b unmittelbar die Frästiefe der Fräswalze 4 in Abhängigkeit von den aktuellen Positions­ daten der Fräsmaschine 6 und von der Differenz des Ist- Wertes und das aus den Soll-Profildaten resultierenden Soll-Wert für die Frästiefe regeln.

Fig. 2 erläutert die Bildung der Führungsgröße z-Soll für den Regelkreis der Frästiefensteuerung. Hierzu wird zu­ nächst mit Hilfe der Positionsbestimmungseinrichtung 16b die absolute Maschinenposition in der Ebene bzw. auf der Geraden bestimmt. Gleichzeitig wird die aktuell einge­ stellte Frästiefe z-Ist als relativer Abstandswert des Maschinenrahmens 12 zur abgetragenen Verkehrsfläche 3 festgestellt, so daß dann die aktuellen Positionsdaten mit dem aktuellen Frästiefen-Ist-Wert vorliegen. Durch Ver­ gleich mit den Soll-Profildaten läßt sich in Abhängigkeit von der Maschinenposition der Soll-Wert z-Soll für die Frästiefe den Soll-Profildaten entnehmen. Die Differenz des Wertes z-Soll minus z-Ist stellt die Regelabweichung dar, wodurch ein Höhenverstellungssignal für die Fahrwerke 14, 15 erzeugt wird, so daß eine Regelung des Soll-Wertes der Frästiefe erfolgt.

Fig. 3 zeigt die Fräsmaschine 6, deren vorderes Fahrwerk auf der noch unbearbeiteten Verkehrsfläche 2 aufliegt, während das hintere Fahrwerk 15 bereits auf der abgear­ beiteten Verkehrsfläche 3 aufliegt. Selbstverständlich können zur Frästiefeneinstellung für die Fräswalze 4 auch beide Fahrwerke 14, 15 verstellt werden. Aufwendiger ist dagegen, eine Höhenverstellung der Fräswalze 4 selbst vorzusehen.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist die alte Verkehrs­ fläche 2 eine erhebliche Längswelligkeit auf, die mit Hilfe der Frästiefenregelung der Maschinensteuerung 10 eliminiert werden kann. Die abgetragene Verkehrsfläche 3 kann mit einer Genauigkeit im Millimeterbereich herge­ stellt werden.

Die Profilabtasteinrichtung 8 fährt zur Erstellung der Ist-Profildaten vor der Fräsmaschine 6 über die zu erneu­ ernde Verkehrsfläche 2. Die gleiche Profilabtasteinrich­ tung 8 kann, wie auf der rechten Seite der Fig. 3 ersicht­ lich ist, auch über die abgetragene Verkehrsfläche 3 fah­ ren, um eine erneute Ist-Profildatenerfassung zwecks Doku­ mentation zu ermöglichen.

Fig. 4 zeigt die Fräsmaschine mit einer absoluten Posi­ tionsbestimmungseinrichtung 16b, 16c (Differential-GPS).

Diese besteht aus einem stationären Global Positioning System (GPS) 16c, das an geeigneter Stelle neben der zu bearbeitenden Verkehrsfläche 2 installiert wird und auch für die Profilabtasteinrichtung 8 benötigt wird.

Die Fräsmaschine 6 weist ein weiteres am Maschinenrahmen 12 angeordnetes GPS-System 16b auf.

Aus der Differenz der Daten des stationären GPS-Systems 16c und des mobilen GPS-Systems 16b läßt sich die Ist- Position der Fräsmaschine 16a bzw. der Profilabtastein­ richtung 8 in Absolutwerten in x-, y- und z-Koordinaten bestimmen. Die Meßwerte der Positionsbestimmungseinrich­ tung 16b, 16c werden der Maschinensteuerung 10 zugeführt und können dort mit Hilfe eines Monitors 20 angezeigt werden.

Die Soll-Profildaten werden beispielsweise, wie in Fig. 4, extern an einen Rechner 22 erstellt und dann mit Hilfe eines Datenträger-Lesegerätes 24 der Maschinensteuerung 10 zugeführt.

Dabei kann alternativ auch vorgesehen sein, die Soll-Pro­ fildaten per Funk an die Maschinensteuerung 10 zu übertra­ gen.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Soll-Profil­ daten mit Hilfe eines Rechners der Maschinensteuerung 10 zu erstellen.

Claims (26)

1. Verfahren zum Abfräsen von Verkehrsflächen (2) mit einer Fräswalze (4) einer Fräsmaschine (6) durch

• 1. Aufnehmen des Ist-Profils der Verkehrsfläche (2) und Erstellen von zumindest zweidimensiona­ len Ist-Profildaten durch Zuordnen der gemesse­ nen Profilwerte zu Positionsdaten einer relati­ ven oder absoluten Positionsbestimmungseinrich­ tung (16),
• 2. Erzeugen von Soll-Profildaten aus bereits zuvor oder on-line ermittelten Ist-Profildaten, wobei die Soll-Profildaten hinsichtlich der Längswel­ ligkeit der Verkehrfläche (2) korrigiert sind, und
• 3. Bestimmen der aktuellen Position der Fräsma­ schine (6) und der eingestellten Frästiefe als Ist-Wert,
• 4. Regeln der Frästiefe der Fräswalze (4) in Ab­ hängigkeit der Differenz des Ist-Wertes und des der aktuellen Position der Fräsmaschine (6) zu­ geordneten Soll-Wertes aus den Soll-Profildaten über eine Maschinensteuerung (10).

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Steuern der Lenkung und/oder der Querneigung der Fräsmaschine (6) in Abhängigkeit der Soll- Profildaten und der aktuellen Positionsdaten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Messen des Ist-Profils der Verkehrsfläche (2) im Online-Verfahren mit Hilfe einer der Fräsma­ schine (6) vorausfahrenden Profilabtasteinrichtung (8).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Bearbeitung der Ver­ kehrsfläche (2) erneut das Ist-Profil gemessen wird und die Ist-Profildaten gemeinsam mit den zugeordne­ ten Positionsdaten zur Dokumentation gespeichert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Profilabta­ steinrichtung (8) und/oder der Fräsmaschine (6) im Raum absolut oder relativ dreidimensional bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Fräsmaschine (6) in der Ebene (x, y) absolut und die Höhenkoordi­ nate (z) relativ bestimmt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Position der Fräsma­ schine (6) in Wegrichtung (x) als auch die Höhenko­ ordinate (z) relativ bestimmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenkoordinaten im Raum (x, y, z) oder in der Ebene (x, y) mittels einer Laser- Tracking-Station mit automatischer Zielverfolgung ermittelt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenkoordinaten im Raum (x, y, z) oder in der Ebene (x, y) mittels eines ge­ stützten DGPS-Systems ermittelt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinensteuerung (10) die Verkehrsfläche, einen Führungsdraht oder eine künst­ lich, mit Laserlicht aufgespannte Ebene als Referen­ zebene für die Frästiefenregelung verwendet.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Profildaten mit Hilfe von Datenträgern oder per Funk an die Maschinen­ steuerung (10) übertragen werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekenn­ zeichnet durch

• 1. das Aufnehmen des Ist-Profils durch Überfahren eines ersten Teilabschnitts der Verkehrsfläche (2),
• 2. das Erzeugen der Soll-Profildaten aus einem An­ fangsbasisdatensatz, der die Ist-Profildaten des ersten Teilabschnitts der Verkehrsfläche (2) enthält,
• 3. das Abfräsen des ersten Teilabschnitts der Ver­ kehrsfläche (2) mit einer Frästiefenregelung auf der Basis der sich aus dem Anfangsbasisda­ tensatz ergebenden Soll-Profildaten des ersten Teilabschnitts,
• 4. das kontinuierliche Aktualisieren des sich auf eine vorbestimmte Basislänge der Verkehrsfläche (2) beziehenden Basisdatensatzes nach dem Ab­ fräsen des ersten Teilabschnittes entsprechend dem weiteren Arbeitsfortschritt, indem die Ist- Profildaten inkremental aktualisiert werden, und
• 5. das Abfräsen weiterer Teilabschnitte der Ver­ kehrsfläche (2) in Abhängigkeit von kontinuier­ lich aktualisierten Soll-Profildaten auf der Basis des ständig aktualisierten Basisdatensat­ zes.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisdatensatz die Ist-Profildaten eines Teilabschnitts der Verkehrsfläche (2) enthält, deren Länge größer ist als die größte noch auszugleichende Längswelle der Verkehrsfläche (2).

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Basisdatensatz die Ist-Profildaten eines Teilabschnitts von ca. 50 bis 300 m, vorzugs­ weise von ca. 100 bis 200 m Länge enthält.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, ge­ kennzeichnet durch das Aufnehmen des Ist-Profils der Verkehrsfläche (2) im ersten Teilabschnitt mit einer separaten Profilabtasteinrichtung (8).

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, ge­ kennzeichnet durch das Aufnehmen des Ist-Profils der Verkehrsfläche (2) im ersten Teilabschnitt durch die Fräsmaschine (6) ohne Eingriff der Fräswalze (4).

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch das kontinuierliche Aufnehmen des Ist-Profils der Verkehrsfläche (2) nach dem ersten Teilabschnitt mit einer an der Fräsmaschine (6) im vorderen Be­ reich angeordneten Profilabtasteinrichtung (8).

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß die durch den Basisdaten­ satz erfaßte Basislänge der Verkehrsfläche (2) für die Berechnung der Soll-Profildaten während des Ar­ beitsfortschritts veränderbar ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß die separat verfahrbare Profilabtasteinrichtung (8) mit einem vorwählbaren Abstand zur Fräsmaschine (6) das Ist-Profil vor der Fräsmaschine abtastet und daß die kontinuierlich erzeugten Soll-Profildaten aus einem Basisdatensatz erzeugt werden, der sich z. T. auf einen relativ zur Fräsmaschine (6) vorausliegenden Teilabschnitt der Verkehrsfläche und z. T. auf einen von der Fräsma­ schine (6) bereits überfahrenen Teilabschnitt be­ zieht.

20. Vorrichtung zum Abfräsen von Verkehrsflächen (2), mit

• 1. einem Maschinenrahmen (12),
• 2. höhenverstellbaren, selbstfahrenden Fahrwerken (14, 15),
• 3. mit einer an dem Maschinenrahmen (12) gelager­ ten Fräswalze (4),
• 4. einer Maschinensteuerung (10),
• 5. einem Antriebsaggregat für die Fahrwerke (14) und die Fräswalze (4), zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19,

dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. ein Rechner aus vorgegebenen Ist-Profildaten der Verkehrsfläche (2) hinsichtlich der Längs­ welligkeit korrigierte Soll-Profildaten er­ stellt und die Soll-Profildaten an die Maschi­ nensteuerung (10) überträgt,
• 2. eine Positionsbestimmungseinrichtung (16) die aktuelle Position des Maschinenrahmens (12) be­ stimmt,
• 3. eine Frästiefenmeßeinrichtung (18) die einge­ stellte Frästiefe als Ist-Wert ermittelt, und
• 4. die Maschinensteuerung (10) in Abhängigkeit der aktuellen Positionsdaten des Maschinenrahmens (12) und der Differenz des Ist-Wertes und der der Position des Maschinenrahmens (12) zugeord­ neten Soll-Wertes aus den Soll-Profildaten eine Frästiefenregelung für die Fräswalze (4) aus­ führt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Profilabtasteinrichtung (8) Ist- Profildaten der Verkehrsfläche (2) dreidimensional erzeugt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich­ net, daß die Profilabtasteinrichtung (8) in Fahrt­ richtung vor dem Maschinenrahmen (12) angeordnet ist und die Ist-Profildaten on-line an die Maschinen­ steuerung (10) überträgt.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß die Positionsbestimmungs­ einrichtung (16) aus einem ersten, auf der Profilab­ tasteinrichtung (8) bzw. auf dem Maschinenrahmen (12) angeordneten GPS-Empfänger (16b), einem zwei­ ten, stationären GPS-Empfänger (16c) im näheren Um­ feld der Verkehrsfläche (2), sowie aus einem Rechner besteht, der aus den Positionsdaten beider GPS- Empfänger (16b, 16c) die aktuelle Position der Pro­ filabtasteinrichtung (8) bzw. des Maschinenrahmens (12) dreidimensional in Absolutwerten bestimmt.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß die Positionsbestimmungs­ einrichtung (8) aus einer aktiven oder passiven To­ talstation besteht.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, da­ durch gekennzeichnet, daß die Soll-Profildaten min­ destens die Positionsdaten in der Ebene, die korri­ gierten Frästiefenwerte und die Querneigungsdaten der Verkehrsfläche (2) und die zurückgelegte Weg­ streckenlänge enthalten.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, da­ durch gekennzeichnet, daß die Soll-Profildaten in Abhängigkeit der Positionsdaten hinsichtlich kurz­ welliger und langwelliger Tiefenabweichungen über eine Basislänge der Verkehrsfläche (2) vergleichmä­ ßigt sind, deren Länge größer ist als die Länge der Maschinenrahmens (12).