DE2843740A1

DE2843740A1 - Ortungsgeraet

Info

Publication number: DE2843740A1
Application number: DE19782843740
Authority: DE
Inventors: Andrew George Hay; Peter Robin Mason
Original assignee: UK Secretary of State for Industry
Current assignee: UK Secretary of State for Industry
Priority date: 1977-10-07
Filing date: 1978-10-06
Publication date: 1979-04-19
Also published as: FR2405459A1; US4238828A

Description

The Secretary of State for Industry in Her Britannic Majesty's Government of The United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland London SWl, Großbritannien

Ortungsgerät

Die Erfindung betrifft ein Ortungsgerät sum Ermitteln der Lage eines Objektes im Raum aus der Lageerfassung der Projektion einer vorbestimmten Folge von Punkten auf eine Ebene einer gegebenen Lage.

Das erfindungsgemäße Gerät ist insbesondere zum Orten oder Erfassen der Lage des Arbeitskopfes einer sich langsam bewegenden Maschine geeignet, die in einer Umgebung arbeitet, die für eine enge manuelle Steuerung durch einen Bediener feindlich ist und in der der Arbeitskopf verdeckt ist. Ein Beispiel für eine derartige Maschine ist eine Tunnelbaumaschine.

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Orten der Lage eines Objektes mit:

a) einem Ziel zum Befestigen am Objekt oder einem Glied mit bestimmbarer Lagebeziehung zu einem Objekt, dessen Lage

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zu erfassen oder zu orten ist, wobei das Ziel Identifizierungsmittel aufweist, um darin wenigstens vier Zielpunkte in nicht-coplanarer Beziehung festzulegen,

b) einer Kamera mit einer Brennebene, in der Bilder entstehen und die zum Beobachten des Zieles und zum Abbilden der wenigstens vier Zielpunkte auf die Brennebene angeordnet ist,

c) einem Rechner, der zur Aufnahme der die Lage der vier Punkte auf der Brennebene der Kamera anzeigenden Signale angeordnet ist und aus den empfangenen Signalen die Orientierung oder Ausrichtung der Zielpunkte im Hinblick auf eine Bezugsebene berechnet, um dadurch die Lage des auf eine beliebig gewählte Bezugsebene projezierten Objektes zu berechnen.

Es ist sehr vorteilhaft, eine erste Folge von drei Zielpunkten aus vier Zielpunkten bzw. eine zweite Folge von drei Zielpunkten aus vier Zielpunkten so anzuordnen, daß jede Folge in einem Scheitel eines ersten bzw. eines zweiten rechtwinkligen Dreieckes liegt, wobei die Grundlinien der Dreiecke und die Verbindung der Hypotenusen der Dreiecke mit den Grundlinien gemeinsam sind. Das erste und das zweite Dreieck sind vorzugsweise senkrecht zueinander.

Die Punkte in den Zielebenen können durch Strahlungseinrichtungen mit Strahlungssendern an diesen Punkten oder durch Strahlungseinrichtungen mit Strahlungssendern festgelegt werden, die gerade Linien bilden, die sich in den Punkten schneiden. Die Sender können Leuchtdioden (LED) sein. Vorzugsweise werden Leuchtdioden verwendet, die Strahlung über einem großen Raumwinkel emittieren. Leuchtdioden, die Strahlung im infraroten Teil des Spektrums emittieren, sind vorteilhaft verwend-

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bar, da die Kamera mit einem Filter ausgestattet werden kann, das die Leuchtdioden-Strahlung leitet und sichtbares Licht sperrt, wodurch die Gefahr einer Störung von Kamera und Rechner durch Streulichtquellen verringert wird. Diese Gefahr kann auch herabgesetzt werden, indem eine Schalteinrichtung zum Steuern des Rechners und der Strahlungsemission von der Strahlungseinrichtung vorgesehen wird, so daß ein Vergleich zwischen der durch die Kamera aufgenommenen Strahlung mit und ohne Strahlungsemission des Strahlungssenders möglich ist.

Die Schalteinrichtung kann zur Steuerung des Rechners und der Strahlungseinrichtung so angeordnet sein, daß die Kamera sequentiell Strahlung empfängt, die Punkte in der ersten und der zweiten Folge der drei Punkte festlegt.

Die Kamera kann in ihrer Brennebene eine zweidimensionale Anordnung von Elementen aufweisen, die gegenüber der von der Strahlungseinrichtung emittierten Strahlung empfindlich sind, und in diesem Fall kann der Rechner eine lineare Rückbildungsoperation auf die Punkte auf der Brennebene entsprechend den Elementen in der Anordnung ausführen, die durch die Strahlungseinrichtung angeregt sind.

Wenn jeder der vier nicht-coplanaren Punkte wirksam durch einen Punktquellen-Strahlungssender, z. B. eine Leuchtdiode, identifiziert ist, wird der Rechner vorzugsweise so angeordnet, daß er eine Schwerpunktsanpassung an den beleuchteten Elementen auf der Brennebene der Kamera entsprechend den Elementen der zweidimensionalen Anordnung ausführt, die durch die Strahlungssender beleuchtet sind.

Der Rechner kann einen Speicher aufweisen, der die Koordinaten eines Teiles des Objektes bezüglich der Lage des Zieles

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bei Befestigung am Objekt enthält, und der Rechner kann diese Koordinaten abrufen, um die Lage des Teiles bei Projektion auf die Bezugsebene zu berechnen. Es kann auch ein Sichtgerät (Display) einschließlich einer Elektronenstrahlröhre vorgesehen sein, um ein Bild des Teiles bei Projektion in die Bezugsebene oder eine andere gewählte Ebene, z. B. in eine Ebene senkrecht zur Tunnelrichtung, anzuzeigen.

Das erfindungsgemäße Gerät kann auch eine Steuereinrichtung haben, die auf den Rechner anspricht, um die Lage des Objektes zu steuern, so daß dieses in einem vorbestimmten Lagenbereich bei Projektion auf die Bezugsebene oder eine andere gewählte Ebene gehalten wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer

Tunnelbaumaschine mit dem erfindungsgemäßen Ortungsgerät,

Fig. 2 die Anordnung der Leuchtdioden des Zieles des in Fig. 1 dargestellten Gerätes,

Fig. 3 eine typische Anzeige der durch die Kamera gesehenen Beobachtungen und das vom Rechner erzeugte Ausgangssignal,

Fig. 4 die Beziehungen zwischen der Bezugsebene und den Zielebenen,

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Fig. 5 ein Ablaufdiagramm mit den Schritten, die beim Erzeugen von Signalen enthalten sind, die Punkte in der Zielebene wie in der Bezugsebene beobachtet anzeigen,

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm mit den Schritten, die beim Berechnen der relativen Orientierung der Bezugs- und der ersten Zielebene und beim Berechnen der Lage des Sehrämkopfes der Tunnelbaumaschine bei Projektion auf die Bezugsebene enthalten sind,

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm mit einem Programm zum Bestimmen der Lage von vier Punkten auf der Brennebene der Kamera mittels des "A und B und C, jedoch nicht D"-Prinzips beim Voreinstellen der Rahmendaten und Berechnen der Schwerkraftmitte (Schwerpunkt) von Gruppen von "echten oder wirklichen Punkten", und

Fig. 8 ein Ablaufdiagramm mit einem Programm

zum Berechnen der dreidimensionalen Lage eines bekannten dreidimensionalen Zieles aus zweidimensionalen Koordinatenlagen , in der Kamera und zum Beziehen der Koordinaten bekannter Punkte hinsichtlich des Zieles auf neue Bezugsachsen der Kamera· und eines Tunnels, in dem die Kamera angeordnet ist.

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Fig. 1 zeigt schematisch eine Tunnelbaumaschine, die ein Versorgungs- und Antriebs-Kettenfahrzeug 1 und einen Ausleger 2 mit einem Schrämkopf 3 hat. Der Ausleger 2 ist am Fahrzeug 1 mittels eines Gelenkes 4 befestigt, durch das der Ausleger 2 in jede Richtung bezüglich des Fahrzeuges 1 ausgerichtet oder orientiert werden kann. Der Ausleger 2 hat ein Ziel 5, das an ihm befestigt ist. Das Ziel ist in Einzelheiten in Fig. 2 gezeigt. Das Ziel (Fig. 2) hat fünf Linien von Leuchtdioden 20 bis 24, die an ihren Schnittstellen die Scheitel A₃ B, C und D von zwei rechtwinkligen Dreiecken ABC und BCD bilden, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Die Grundlinien der Dreiecke und die Verbindung von ihren Hypotenusen AC und CD mit ihren Grundlinien sind gemeinsam. Die Seiten BA, BC und BD bilden jeweils die Koordinatenachsen P, Q und R eines kartesischen Koordinatensystems, das bezüglich des Auslegers 2 und des Schrämkopfes 3 (Fig. 1) festgelegt ist. Weiterhin ist eine Kamera 6 vorgesehen (vgl. Fig. 1), die mit einer Weitwinkellinse 7 zur Beobachtung des Zieles 5 und mit einem Teleobjektiv oder einer Fernlinse 8 zur Beobachtung von zwei weiteren Zielen 9 und 10 ausgestattet ist. Der Beobachtungswinkel der Weitwinkellinse 7 ist durch Strichpunktlinien 11 angezeigt. Wenn die Tunnelbaumaschine ausreichend Material von der Tunnelfront 12 abgebaut hat und nahe dem Rand des Beobachtungsfeldes ist, wird die Kamera 6 in der Figur nach rechts gefahren. Um zu gewährleisten, daß die Kamera bezüglich einer vorbestimmten Datenwertlinie genau positioniert und erneut positioniert ist, sind Ziele 9 und 10 vorgesehen, und diese Ziele sind am Tunnelgewölbe (Decke) 13 festgelegt, um diese Datenwertlinie aufzubauen. Das Ziel 9 ist ein Kreuz-Ziel, und das Ziel 10 ist ein Ring-Ziel. Eine Nivellierwaage 14 ist vorgesehen, um die Kamera bezüglich der Schwerkraft zu positionieren. Wenn die Kamera genau ausgerichtet ist, treten die Ziele 9 und 10 auf, wie dies durch ein Bild 31 in Fig. 3

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gezeigt ist. Fig. 3 zeigt die Szenen 31 und 32, die durch die Kamera durch deren beiden Linsen 8 bzw. 7 beobachtet sind, und ein Bild 30 des Schrämkopfes 3_{s w}ie es der Kamera vorliegen würde, wenn dieser direkt beobachtet werden könnte. Die Anzeige tritt auf einer Elektronenstrahlröhre 15 auf, die entfernt von der Tunnelbaumaschine angeordnet und mit der Kamera über einen Rechner 17 und ein elektrisches Kabel 16 verbunden ist. Der Rechner 17 verarbeitet die durch die Kamera erzeugten Signale, um die Elektronenstrahlröhre zu steuern, so daß das Bild 30 und die Szenen 31 und 32 angezeigt werden. Weiterhin ist mit dem Rechner 17 eine Schalteinrichtung 18 verbunden, um den Betrieb der Linien der Leuchtdioden 20 bis 24 (Fig. 2) im Ziel 5 zu steuern.

Die Anzeige der weiteren Ziele oder Rückblicke 9 und 10 als Bild 31 ist nicht wesentlich. Ein Bediener kann ein (nicht dargestelltes) Teleskop verwenden, das auf der Kamera 6 befestigt ist, um diese direkt in Bezug auf die Rückblicke 9 und 10 vorher auszurichten.

Anhand der in Fig. 5 und 6 gezeigten Ablaufdiagramme und anhand von Fig. 4, die die Beziehung zwischen der Bezugs- und der Zielebene zeigt, wird die Erzeugung des Bildes 30 nunmehr näher erläutert. In Fig. 4 sind dargestellt das Ziel 5, die Weitwinkellinse 7 der Kamera und die Brennebene 40 der Kamera. Die drei Punkte A, B und C in der ersten Zielebene, die coplanar zu der durch die Achsen P und Q eines kartesischen Koordinatensystems P, Q und R begrenzten Ebene ist, bilden mittels der Linse 7 entsprechende Bildpunkte A', B' und C in der Brennebene 40, die parallel zu einer Bezugsebene 41 ist, die die X-Achse und die Y-Achse eines kartesischen Koordinatensystems X, Y und Z enthält. Die Z-Koordinate fällt mit der optischen Achse der Linse 7 zusammen. Die Brennebene enthält zwei

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wechselseitig senkrechte Achsen X' und Y', die parallel zur X- bzw. zur Y-Achse sind und ihren Ursprung im Schnittpunkt mit der optischen Achse der Linse 7 haben. In der Brennebene 40 der Kamera ist ein Ziel, das gegenüber der durch die Leuchtdioden des Zieles emittierten Strahlung empfindlich ist. Für die in Fig. 1 gezeigte Tunnelbaumaschine ist die Kamera vorzugsweise eine Festkörpereinrichtung, die folglich robust und zuverlässig in der Tunnel-Umgebung ist. In diesem Fall fällt die Kamera-Brennebene mit einer zweidimensionalen Anordnung von strahlungsempfindlichen Bauelementen zusammen. Folglich regen die Bilder der Linien der Leuchtdioden, die durch die Linse gebildet und auf die Anordnung projiziert sind. Bauelemente auf und in einigen Lagen entlang des Bildes auf jeder Seite des Bildes aufgrund des Bildes an, und die Bauelemente haben eine endliche Größe. Um daher die Auflösung einer derartigen Kamera zu verbessern, ist der Rechner programmiert, um eine lineare Rückbildungsoperation auf die Punkte auf der Brennebene entsprechend den angeregten Bauelementen auszuführen.

Fig. 5 zeigt die Schritte beim Erzeugen von Signalen, die die Lage von Punkten der Zielebenen anzeigen, wenn diese auf der Brennebene gebildet werden; der erste Schritt ist für den Rechner zum Abtasten der Kamera-Anordnung, wenn die Leuchtdioden gelöscht sind, und zum Erzeugen von Signalen, die die auf die Anordnung projizierte Szene anzeigen. Diese Signale werden durch den Rechner gespeichert und durch den Rechner verwendet, um einen Vergleich mit den erzeugten Signalen durchzuführen, wenn wenigstens einige der Leuchtdioden betrieben werden, so daß sichergestellt ist, daß Streusignale, die in der durch die Kamera beobachteten Szene vorhanden sind, nicht den Betrieb des Gerätes beeinflussen. Um Mehrdeutigkeiten in den durch den Rechner erzeugten Signalen zu vermeiden, werden die Linien der Leuchtdioden (20 bis 2k

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in Fig. 2)in Folge durch die in Fig. 1 gezeigte Schalteinrichtung 18 unter Steuerung des Rechners 17 betrieben. Daher sind die in Fig. 5 gezeigten Schritte das Abtasten und Speichern der erzeugten Signale, das im folgenden als Hintergrund- Abtasten bezeichnet wird, wenn alle Linien der Leuchtdioden gelöscht sind (vgl. oben), und dann das Betreiben einer Linie der Leuchtdioden, z. B. der Linie 20 in Fig. 2, um die Anordnung abzutasten, das Speichern der erzeugten Signale und deren Vergleichen mit dem Hintergrund-Abtasten. Dann führt der Rechner eine lineare Rückbildungsoperation aus, um die beste gerade Linie auf die Punkte auf der Brennebene entsprechend den Bauelementen anzupassen, die in der Anordnung durch das Bild der Leuchtdioden-Linie 20 angeregt sind, die auf diese projiziert ist. Der Rechner stellt dann die Gleichung der besten geraden Linie in der Brennebene auf und speichert sie. Diese Schritte werden für die übrigen vier Linien im Ziel wiederholt. Der Rechner berechnet dann mittels der gespeicherten Gleichungen die Abschnitte der besten geraden Linien in der Brennebene, was so die Koordinaten in dieser Ebene der Punkte A', B¹, C und D¹ ergibt. Mittels dieser Koordinaten und der Brennweite Z_f (vgl. Fig. 4) der Linse 7 ist es möglich, die relative Orientierung oder Ausrichtung der ersten Zielebene zur Bezugsebene 'H zu berechnen. Die in dieser Berechnung enthaltenen Schritte sind in Fig. 6 gezeigt.

In Fig. 6 ist der erste Schritt das Aufstellen der Gleichungen der Strahlen von den Punkten A, B, C und D durch den Ursprung 0 des in der Bezugsebene ¹Il liegenden Koordinatensystems und durch die Punkte A-¹, B', C und D' in der. Brennebene 40. Diese Gleichungen sind:

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hu s: Hr.'£i + 2A - 2 Esa ilct) (1. .1, -e- ε β ■(■ aa, )

EG^ri « Hob² + Ec:;² « 2 &>b Hoc {2^ * ium, + bJ_;r_) (2)

CA² ω Boo² * Sea² -2EK&ia (Π φββ Ou) (3)

ca ca ca ^v*"

IS)² a Hob² ψ Hod² « 2 Hob Bod CL.1* * Ew.UL, + ϊνη,ϊ (4)

CD² » See² ψ Ecm*²· - 2 lies iiöd (IL ·;- r κι, ψ κη.} (5)

Αί>² β Koa² + Hod² - 2 Eoa !lud

mit AB = Länge von A nach B, wobei entsprechendes für BC, CA, DD, CD und AD gilt.

Roa ist die Länge des Strahles vom Ursprung 0 zum Punkt A in der geeigneten Zielebene. Ähnliches gilt für Rob, Roc und Rod.

Die Werte 1 , m und η sind die Riehtungscosinus des Strahles AOA', d. h., der Cosinus des Winkels zwischen dem Strahl von A durch 0 nach A¹ und der X-Achse bzw. der Y-Achse bzw. der Z-Achse. Entsprechendes gilt für 1, , m, , n. , d. h. den Strahl BOB', für 1 , m„ und η . d. h. für den Strahl

CO C

COC, und für 1., m, und n,, d. h., für den Strahl DOD'.

Die Längen AB, BC, CA, BD, CD und AD sind bekannt, und die Richtungscosinus können mittels der Brennweite Z« und der Koordinaten der Punkte A', B', C und D' in der Brennebene berechnet werden. Damit können die Gleichungen für Roa, Rob und Rod gelöst werden. In Fig. 6 ist die Lösungsmethode als iteratives mathematisches Verfahren mittels der Newton-Rhapson-Formel gezeigt. Wenn die Gleichungen auf diese Weise gelöst werden, können die X-, Y- und Z-Koordinaten jedes Punktes A, B, C und D berechnet werden; da jedoch die Gleichungen zwei Wurzeln für jedes Dreieck ABC, BCD, ACD

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BAD ORIQtNAL

und ABD haben, deren Scheitel durch die Wurzeln gegeben sind, gibt es ein komplementäres Dreieck, dessen Scheitel durch die andere Wurzel der Gleichung gegeben sind. Daher hat jeder Punkt A, B, C und D sechs mögliche Werte entlang der X-Achse, wobei ähnliches für die Y- und die Z-Achse gilt. Die Dreiecke, die fehlerhafte Lösungen für die Koordinaten der Punkte A, B, C und D geben, können ausgeschlossen werden, indem versucht wird, die Dreiecke in die herkömmliche Tetraeder-Beziehung einzupassen.

Jedoch kann auch die folgende Methode vorteilhaft eingesetzt werden.

Nach Ermitteln der X-, Y- und Z-Koordinaten der Punkte A, B, C und D können die Richtungscosinus der P-, Q- und R-Achse berechnet werden.

Z. B. kann für die P-Achse geschrieben werden:

^Zo -

^<9)

mit 1 , m und η = Richtungscosinus der P-Achse zur X-, Y- bzw. Z-Achse,

X . Y und Z = X-, Y- bzw. Z-Koordinate des Punktes A. a* a a ³

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^Xb^{s Y}b ^{und Z}b ^{= X}~^{J Y}~ ^bzw* ^z~^Koordiⁿate des Punktes B, d. h., der Ursprung des (P, Q und R)-kartesischen Koordinatensystems , und

_Q = P-Koordinate des Punktes A₃ der auf der P-Achse

CL

liegt.

Auf ähnliche Weise wird für die Punkte C und D vorgegangen, die zu den Richtungscosinus 1 , m , η . 1 , m und η der Q- und der R-Achse zur X-, Y- und Z-Achse führen. Die Ρ-, Q- und R-Koordinaten des Schrämkopfes sind bekannt und können mittels dieser Richtungscosinus in die X-, Y- und Z-Koordinaten transformiert werden. Z. B. kann ein Punkt mit den Koordinaten P^, Q. und R., in den entsprechenden X-, Y- und Z-Koordinaten, d. h. x, y und z, ausgedrückt werden durch:

ⁿp

<ⁿ⁾

Dies erfolgt für mehrere P-, Q- und R-Koordinaten des Schrämkopfes, und zwar ausreichend zum Aufbau der Anzeige oder des Sichtgerätes 30. Die Anzeige 30 kann eine Darstellung einer Projektion des Objektes in der Bezugsebene mit der X- und der Y-Achse oder der X- und Z-Achse oder der Y- und Z-Achse zeigen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Bezugsebene eine andere Ebene als die in Fig. 4 gezeigte Ebene sein kann. Wenn eine andere Bezugsebene verwendet werden soll, müssen die X-,

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Y- und Z-Koordinaten der Punkte A, B, C und D, sobald diese Koordinaten bekannt sind, in Termen der Koordinaten eines Koordinatensystems umgerechnet werden, dessen Achsen in der gewählten Bezugsebene liegen, und dann wird in der oben erläuterten Weise fortgeschritten, um insbesondere die Richtungscosinus der Achsen P, Q und R zu den Bezugsebenenachsen zu berechnen, und um dann die P-, Q- und R-Koordinaten des Schrämkopfes in die Koordinaten des Koordinatensystems umzuformen, dessen Achsen in der Bezugsebene liegen.

Die vier Punkte in nicht-coplanarer Beziehung können abwechselnd jeweils durch einen tatsächlichen Punktquellen-Strahlungssender festgelegt werden, z. B. durch eine Leuchtdiode. Der Rechner ist dann so angeordnet, um eine Schwerpunkt-Anpassung auf die Bauelemente der zweidimensionalen Anordnung bei der Brennebene der Kamera durchzuführen, die durch die Leuchtdioden angeregt ist. Dieses Verfahren ist in den Ablaufdiagrammen der Fig. 7 und 8 erläutert.

Die im vierten Schritt von Fig. 8 erwähnten Gleichungen sind:

»J

⁰Tc ^li +

mit R. = Länge des Lichtstrahles vom Punkt i auf dem Ziel zum Ursprung,

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1., m. und η. = Richtungscosinus des Strahles i, und

L.. = tatsächlicher Abstand auf dem Ziel vom Punkt i zum Punkt j*.

Die Werte der Indices i, j, k sind in der folgenden Tabelle gezeigt:

Erstes Dreieck Zweites Dreieck Drittes Dreieck Viertes Dreieck	•	5	k
1 2 3 4	2 3 4 1	3 4 1 2

Es ist nicht wesentlich, ein anfängliches Hintergrund-Abtasten oder einen "Schwärζ-Rahmen" (vgl. oben) für die andere Betriebsart vorzusehen. Drei Leuchtdioden der vier Leuchtdioden werden lediglich zu einer beliebigen Zeit angeregt; ein entsprechendes lichtempfindliches Bauelement in der Kamera muß so für drei Rahmen (z. B. A, B und C) beleuchtet und für einen vierten Rahmen (beispielsweise D) dunkel sein, um als gültig beleuchteter oder echter Punkt gezählt zu werden. Auf diese Weise können "falsche" oder ungültig beleuchtete Punkte von den Berechnungen mit hohem Sicherheitsgrad ausgeschlossen werden.

Anstelle eine Anzeige zu geben, wie dies in Fig. 3 gezeigt und oben erläutert ist, kann der Rechner 17 so aufgebaut sein, daß er die Elektronenstrahlröhre 15 steuert, um das geforderte Tunnelprofil und die Lage des Bildes 30 des

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Schrämkopfes bezüglich des Profiles anzuzeigen.

Wie oben beispielsweise erläutert wurde, ist das Ziel 5 (Fig. 1) am Ausleger 2 in fester räumlicher Beziehung zum Schrämkopf 3 befestigt, dessen Lage erfaßt werden soll. In bestimmten Situationen kann es unbequem oder sogar unmöglich sein, die Kamera so anzuordnen, daß sie ein Ziel 5 auf dem Ausleger 2 beobachten kann. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, kann das Ziel auf einem zugänglicheren Teil des Fahrzeuges 1 oder selbst auf einer Ausdehnung von diesem nach links angeordnet sein, wenn das Fahrzeug schematisch in Fig. 1 auftritt. Wandler oder Umsetzer, die selbst von herkömmlicher Art sein können, sind dann z. B. im Gelenk H vorgesehen, wodurch die Lagebeziehung des Zieles zum Schrämkopf ständig bestimmbar ist.

Das Ortungsgerät kann eine Steuereinrichtung haben, die selbst von herkömmlichem Aufbau ist und auf den Rechner anspricht, um die Lage des Objektes zu steuern, im vorliegenden Fall die Lage des Schrämkopfes J>, so daß dieser in einem vorbestimmten Lagenbereich in der Bezugsebene oder in einer anderen gewählten Ebene gehalten wird. Eine derartige Steuereinrichtung kann z. B. im gleichen Gehäuse wie der Rechner 17 untergebracht sein.

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-it-

e e r s e 11 e

Claims

2.

Ansprüche

Ortungsgerät zum Erfassen der Lage eines Ortungsobjektes, gekennzeichnet durch

(a) ein Ziel (5) zur Befestigung an einem Glied (2) mit bestimmbarer Lagebeziehung zum Ortungsobjekt (3), dessen Lage zu erfassen ist, wobei das Ziel (5) eine Identifizierungseinrichtung aufweist, um darin wenigstens vier Zielpunkte (A, B, C, D) in nicht-coplanarer Beziehung festzulegen,

(b) eine Kamera (6) mit einer Brennebene (40), in der Bilder erzeugt werden und die zum Beobachten des Zieles (5) und zum Abbilden von wenigstens vier Zielpunkten (A, B, C, D) auf die Brennebene (40) angeordnet ist, und

(c) einen Rechner (17), der Signale empfängt, die die Lagen der vier Punkte (A', B', C, D') auf der Brennebene (40) der Kamera (6) anzeigen, und der aus den empfangenen Signalen die Orientierung oder Ausrichtung der Zielpunkte (A, B, C, D) relativ zu einer Bezugsebene berechnet, um so die Lage des Ortungsobjektes (3) bei Projektion auf jede gewählte Bezugsebene zu berechnen.

Ortungsgerät nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß in einer ersten bzw. in einer zweiten Folge von drei Punkten aus den vier Zielpunkten (A, B, C, D) jeder Punkt in einem Scheitel eines ersten bzw. eines zweiten rechtwinkligen Dreieckes liegt, so daß die Grundlinien der

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Dreiecke und die Verbindung der Hypotenusen der Dreiecke mit den Grundlinien gemeinsam sind.

3. Ortungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste und die zweite Zielebene senkrecht zueinander sind.

H. Ortungsgerät nach einem der Ansprüche 1-3 dadurch gekennzeichnet,

daß die Identifizierungseinrichtung zum Festlegen der vier Punkte Strahlungssender aufweist.

5. Ortungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Strahlungssender in geraden Linien angeordnet sind, die sich in den Punkten (A, B, C, D) schneiden.

6. Ortungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Strahlungssender tatsächlich als Punktquellen angeordnet sind, wobei eine an jedem der Punkte (A, B, C, D) vorgesehen ist.

7. Ortungsgerät nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungssender Leuchtdioden (LED) aufweisen.

8. Ortungsgerät nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Strahlungssender im infraroten Bereich des Spektrums emittieren.

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9. Ortungsgerät nach einem der Ansprüche 4-8, gekennzeichnet durch

eine Schalteinrichtung (18) zum Steuern des Rechners (17) und des Strahlungssenders, so daß ein Vergleich zwischen der durch die Kamera (6) empfangenen Strahlung bei Strahlungsemission durch den Strahlungssender und der empfangenen Strahlung ausführbar ist, wenn der Strahlungssender keine Strahlung emittiert.

10. Ortungsgerät nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schalteinrichtung (18) den Rechner (17) und den Strahlungssender so steuert, daß die Kamera (6) sequentiell Strahlung empfängt, die Punkte in der ersten und der zweiten Folge von drei Punkten aus den vier Zielpunkten festlegt.

11. Ortungsgerät nach einem der Ansprüche 4-10, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kamera (6) in ihrer Brennebene (40) eine zweidimensionale Anordnung von lichtempfindlichen Bauelementen aufweist, die gegenüber der vom Strahlungssender emittierten Strahlung empfindlich sind.

12. Ortungsgerät nach einem der Ansprüche 4, 5 und 7-11, dadurch gekennzeichnet,

daß der Rechner (17) eine lineare Rückbildungsoperation auf den Punkten auf der Brennebene (40) der Kamera (6) entsprechend den Bauelementen der zweidimensionalen Anordnung ausführt, die durch den Strahlungssender beleuchtet ist.

13. Ortungsgerät nach einem der Ansprüche 4 und 6-11, dadurch gekennzeichnet,

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daß der Rechner (17) eine Schwerpunkt-Anpassung auf den Punkten auf der Brennebene (40) der Kamera (6) entsprechend den Bauelementen der zweidimensionalen Anordnung ausführt, die durch den Strahlungssender beleuchtet ist.

14. Ortungsgerät nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet,

daß der Rechner (17) einen Speicher aufweist, der die Koordinaten eines Teiles des Ortungsobjektes (3) bezüglich der Lage des Zieles (5) bei Befestigung an das Glied (2) mit einer bestimmbaren Lagebeziehung zum Ortungsobjekt (3) enthält, so daß der Rechner (17) die Koordinaten entnehmen kann, um die Lage des Ortungsobjektes (3) bei Projektion auf die Bezugsebene oder eine andere gewählte Ebene zu berechnen.

15. Ortungsgerät nach einem der Ansprüche 1-14, gekennzeichnet durch

eine auf den Rechner (17) ansprechende Steuereinrichtung zum Steuern der Lage des Ortungsobjektes (3)j um dieses in einem vorbestimmten Lagenbereich bei Projektion auf die Bezugsebene oder eine andere gewählte Ebene zu halten.

16. Ortungsgerät nach einem der Ansprüche 1-15, gekennzeichnet durch

ein Sichtgerät (15) zum Anzeigen eines Bildes des Ortungsobjektes (3) bei Projektion auf die Bezugsebene oder eine andere gewählte Ebene.

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