APARATO Y METODO PARA DETERMINAR UNA ELEVACION DE HERRAMIENTAS DE TRABAJO BASANDOSE EN UN SISTEMA LASER.

Aparato para determinar una elevación de una herramienta (100) de trabajo en relación con un plano (105) de referencia,

que comprende:

un sistema (110) láser rotativo que emite un haz (120) de láser rotatorio que con la rotación abarca un plano inclinado en relación con el plano (105) de referencia un ángulo (a) de inclinación;

un detector (130) montado en la herramienta (100) de trabajo para detectar el haz de láser,

caracterizado por:

una unidad de radio configurada para medir una distancia (127) entre la herramienta (100) de trabajo y el sistema (110) láser rotativo usando un tiempo transcurrido entre una señal de radio transmitida y una devuelta,

en el que el aparato está adaptado para determinar la elevación de la herramienta (100) de trabajo basándose en el ángulo a de inclinación y la distancia (127) entre la herramienta (100) de trabajo y el sistema (110) láser rotativo

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07007719.

Solicitante: MOBA - MOBILE AUTOMATION AG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: VOR DEN EICHEN 4,65604 ELZ.

Inventor/es: SEHR,WILLIBALD.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 16 de Abril de 2007.

Fecha Concesión Europea: 26 de Mayo de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01C15/00 FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01C MEDIDA DE DISTANCIAS, NIVELES O RUMBOS; TOPOGRAFIA; NAVEGACION; INSTRUMENTOS GIROSCOPICOS; FOTOGRAMETRIA O VIDEOGRAMETRIA (medida del nivel de líquidos G01F; radio navegación, determinación de la distancia o velocidad mediante la utilización de efectos de propagación, p. ej. efecto Doppler, tiempo de propagación, de ondas de radio, disposiciones análogas que utilicen otras ondas G01S). › Instrumentos o accesorios topográficos no previstos en los grupos G01C 1/00 - G01C 13/00.
  • G01C15/00A1

Clasificación PCT:

  • G01C15/00 G01C […] › Instrumentos o accesorios topográficos no previstos en los grupos G01C 1/00 - G01C 13/00.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

APARATO Y METODO PARA DETERMINAR UNA ELEVACION DE HERRAMIENTAS DE TRABAJO BASANDOSE EN UN SISTEMA LASER.

Fragmento de la descripción:

Aparato y método para determinar una elevación de herramientas de trabajo basándose en un sistema láser.

La presente invención se refiere a un aparato y un método para determinar la elevación de una herramienta de trabajo con respecto a un plano de referencia.

Con el fin de dirigir una máquina de construcción o más en general una herramienta de trabajo en un sitio de construcción, existe la necesidad de determinar no sólo una posición de la máquina de construcción a lo largo de direcciones horizontales, sino también de obtener y controlar una elevación vertical. Existen diferentes métodos disponibles para inspeccionar un perfil de suelo y por consiguiente dirigir las herramientas de trabajo o máquinas de construcción. Por ejemplo, puede establecerse un sistema para medir la posición absoluta basándose en GPS (GPS = Global Positioning System (Sistema de posicionamiento global)). Un sistema diferente mide posiciones locales o relativas con respecto a un punto de referencia y usa por ejemplo las denominadas estaciones totales o transmisores láser. También se conocen combinaciones de ambos sistemas.

Además, están disponibles herramientas de medición simples que usan un perfil de suelo existente como base sobre la que se desarrolla un nuevo perfil de suelo.

Generalmente se conocen sistemas de posicionamiento basados en GPS, por ejemplo sistemas de mano o montados. Para lograr un aumento de precisión de la posición son posibles diferentes enfoques. Por ejemplo, puede usarse una estación de referencia o evaluación RTK (RTK = Real Time Kinematics (cinemática en tiempo real)), y dependiendo del esfuerzo y los recursos, es posible la precisión de la posición en el orden de los centímetros.

En sistemas que usan la estación total, una estación de medición guiada por robot sigue un prisma montado en una parte móvil y transmite las coordenadas evaluadas a un receptor, que basándose en estos datos evalúa una posición local del prisma dentro del sitio de construcción. El esfuerzo es significativo y en sistemas que usan la estación total sólo puede seguirse un prisma en un momento dado, lo cual es desventajoso aunque la precisión de la posición alcance ya el orden de los subcentímetros.

Los sistemas basados en láser se usan en casos en los que el conocimiento acerca de la elevación por encima de un plano horizontal o de referencia es más importante que la posición exacta dentro del plano horizontal. Esto es, por ejemplo, el caso de la construcción en una posición conocida o de la construcción subterránea de edificios o drenaje.

Los sistemas láser convencionales se describen en el documento US 4.441.809, en el que al menos se transmiten dos haces de láser en forma de abanico (por ejemplo, que tienen una sección transversal en V o X) de modo que en cada revolución se generan dos señales en cada detector. Se usa una unidad de radio para proporcionar una señal estroboscópica. En el documento US 2003/0137658 se describe un sistema láser adicional que no tiene unidad de radio sino que en su lugar usa un receptor de GPS. La descripción emplea también al menos dos haces de láser en forma de abanico.

También se conocen sistemas basados en láser y GPS combinados. La señal de GPS se usa como información de elevación aproximada. El sistema láser transmite haces de láser en forma de abanico (tal como un haz de láser en forma de Z, por ejemplo) y se usa para mejorar de manera significativa la precisión o resolución vertical, es decir la información acerca de la elevación a lo largo de un eje z. Este método se conoce como GPS de milímetro y combina la ventaja de la medición de alta precisión con la posibilidad de usar el sistema de manera simultánea con diversos participantes. Sin embargo, es técnicamente muy costoso.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un aparato y un método para determinar una elevación de una herramienta de trabajo en relación con un plano de referencia con una alta precisión mientras que aún se proporciona un sistema de bajo coste y fácil manejo.

Este objetivo se logra mediante un aparato según la reivindicación 1 y mediante un método según la reivindicación 15.

Según realizaciones de la presente invención, un aparato para determinar una elevación de una herramienta de trabajo en relación con un plano de referencia comprende un sistema láser rotativo que emite un haz de láser rotatorio en un plano, que comprende un ángulo de inclinación con el plano de referencia, una unidad de radio configurada para medir una distancia entre la herramienta de trabajo y el sistema láser rotativo y un detector montado en la herramienta de trabajo para detectar el haz de láser. La elevación de la herramienta de trabajo se determina basándose en el ángulo de inclinación y la distancia entre la herramienta de trabajo y el sistema láser rotativo.

Según las realizaciones de la presente invención, un método para determinar una elevación de una herramienta de trabajo en relación con un plano de referencia comprende emitir un haz de láser rotatorio a partir de un sistema láser rotativo, en el que el haz de láser rotatorio abarca un plano inclinado con respecto al plano de referencia. Basándose en el ángulo de inclinación correspondiente y una medición de una distancia entre el sistema láser rotativo y el detector en la herramienta de trabajo, se evalúa la elevación de la herramienta de trabajo.

Los transmisores láser convencionales operan de modo que un espejo rotatorio refleja a 90º un haz de láser alineado de manera vertical a modo de punto. Como consecuencia, puede generarse un plano de luz horizontal, que muestra una pequeña convergencia y alcanza un radio de aproximadamente 300 metros. Dado que toda la unidad puede disponerse sobre una plataforma autonivelada interna, puede obtenerse una referencia óptica estable y detectarse mediante una matriz vertical de fotodiodos.

Las realizaciones de la presente invención combinan el sistema láser rotativo anteriormente mencionado y el módulo de medición de distancia basado en radio dando como resultado un sistema de posicionamiento láser basado en radio y los posibles principios de funcionamiento pueden resumirse tal como sigue.

El sistema láser según las realizaciones de la presente invención amplía el sistema basado en láser anteriormente mencionado de un modo que, en vez de un haz de láser a modo de punto, se genera un haz de láser rotatorio y empleando elementos de ajuste internos puede inclinarse el plano del haz de láser rotatorio con respecto a dos ejes perpendiculares en un plano (x, y) a partir del que se mide la elevación. Este ajuste puede realizarse dinámicamente usando una señal de radio, donde dinámicamente se refiere a la posibilidad de que el ángulo de inclinación pueda cambiarse en línea, esto es sin apagar el haz de láser tras un cambio del ángulo de inclinación y posteriormente encender de nuevo el haz de láser. A diferencia de los sistemas láser convencionales, que interrumpen la emisión de luz durante un ajuste del ángulo de inclinación, el sistema láser según la presente invención puede cambiar el ángulo de inclinación del plano del haz sin interrumpir el haz de láser.

Los módulos de medición de distancia codificable se basan, por ejemplo, en señales de radio (por ejemplo, usando 5,8 GHz) y se conocen como LPR-B (LPR = Local Positioning Radar (radar de posicionamiento local)). Una caja negra transmite una señal de radio y otro aparato, ubicado a una distancia específica (con un máximo aproximado de 1000 metros) recibe la señal y devuelve una señal codificada. El transmisor original recibe la información devuelta y evalúa a partir de un retardo de tiempo entre la transmisión de la señal y la recepción de la señal de retorno, la distancia al aparato. Una precisión concebible está dentro o incluso por debajo del orden de los centímetros. Con este método, es posible medir con medios simples distancias entre el sistema láser rotativo y el detector. El detector puede ser móvil o estacionario.

Normalmente, un sistema láser rotativo rota con 10 ... 20 revoluciones por segundo. El detector en la máquina (herramienta de trabajo) y un detector de mano se construyen de una manera similar. Sin embargo, el detector en la máquina puede comprender una unidad de procesamiento de señales en un bus CAN con el fin de poder cambiar apropiadamente los elementos de control y de dirección de la herramienta de trabajo.

Por tanto, las realizaciones de la presente invención comprenden, por ejemplo, los siguientes...

 


Reivindicaciones:

1. Aparato para determinar una elevación de una herramienta (100) de trabajo en relación con un plano (105) de referencia, que comprende:

un sistema (110) láser rotativo que emite un haz (120) de láser rotatorio que con la rotación abarca un plano inclinado en relación con el plano (105) de referencia un ángulo (a) de inclinación;

un detector (130) montado en la herramienta (100) de trabajo para detectar el haz de láser,

caracterizado por:

una unidad de radio configurada para medir una distancia (127) entre la herramienta (100) de trabajo y el sistema (110) láser rotativo usando un tiempo transcurrido entre una señal de radio transmitida y una devuelta,

en el que el aparato está adaptado para determinar la elevación de la herramienta (100) de trabajo basándose en el ángulo a de inclinación y la distancia (127) entre la herramienta (100) de trabajo y el sistema (110) láser rotativo.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que el sistema (110) láser rotativo está adaptado para inclinarse para ajustar el ángulo a de inclinación con respecto a dos ejes rotacionales en el plano (105) de referencia.

3. Aparato según la reivindicación 2, en el que el sistema (110) láser rotativo comprende un espejo, que puede hacerse rotar con respecto a los dos ejes en el plano (105) de referencia.

4. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el detector (130) comprende una fila vertical de fotocélulas (138), en el que diferentes fotocélulas en la fila vertical están dispuestas para detectar el haz (120) de láser rotatorio para diferentes ángulos (a) de inclinación.

5. Aparato según la reivindicación 4, en el que el detector (130) comprende una fila vertical adicional de fotocélulas (138b), en el que la fila vertical de fotocélulas (138a) y la fila vertical adicional de fotocélulas (138b) están dispuestas para detectar el haz (120) de láser rotatorio que incide en el detector (130) desde diferentes direcciones.

6. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de radio está adaptada para medir la distancia (127) cuando el haz (120) de láser rotatorio pasa por una marca (910) de referencia cero,

y en el que el detector (130) está adaptado para medir un periodo de tiempo desde el paso de la marca (910) de referencia cero hasta la detección del haz (120) de láser rotatorio con el detector (130), en el que el aparato está adaptado para determinar una posición de la herramienta (100) de trabajo basándose en la distancia (127) y el periodo de tiempo.

7. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además:

un detector (810) adicional para detectar el haz (120) de láser rotatorio, comprendiendo el detector (810) adicional una unidad de radio adicional, la unidad de radio está adaptada para medir una distancia adicional,

en el que el detector (810) adicional está ubicado en un punto de referencia y está adaptado para determinar una elevación del punto de referencia sobre el plano (105) de referencia basándose en el ángulo (a) de inclinación y la medición de la distancia adicional.

8. Aparato según la reivindicación 7, en el que el detector (810) adicional está adaptado para transmitir una señal (825) de radio tras detectar los haces (120) de láser rotatorio, y en el que el detector (130) está configurado para recibir la señal (825) de radio y para medir un periodo de tiempo adicional entre la recepción de la señal (825) de radio y la detección de los haces (120) de láser rotatorio, y en el que el aparato está adaptado para determinar una posición de la herramienta (100) de trabajo basándose en el periodo de tiempo y la distancia (127) adicional.

9. Aparato según la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en el que

la unidad de radio está adaptada para medir la distancia entre el sistema (110) láser rotativo y el detector (130) en la herramienta (100) de trabajo, y

la unidad de radio adicional está adaptada para medir tanto la distancia entre el sistema (110) láser rotativo y el detector (810) adicional como la distancia entre el detector (130) y el detector (810) adicional,

cuando los haces (120) de láser rotatorio pasan por la marca (910) de referencia cero y/o cuando el detector (810) adicional detecta los haces (120) de láser rotatorio.

10. Aparato según una de las reivindicaciones 6 a 9, que comprende:

una unidad de procesamiento, que está adaptada para determinar la elevación de la herramienta (100) de trabajo y/o la posición de la herramienta (100) de trabajo en relación con el sistema (110) láser rotativo basándose en las mediciones de distancia, el ángulo (a) de inclinación y/o el periodo de tiempo y/o el periodo de tiempo adicional.

11. Aparato según la reivindicación 10, en el que el sistema (110) láser rotativo está adaptado para transmitir el ángulo (a) de inclinación a la unidad de procesamiento.

12. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema (110) láser rotativo está adaptado para cambiar el ángulo (a) de inclinación mientras que se transmite el haz (120) de láser rotatorio.

13. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema (110) láser rotativo está adaptado para cambiar el ángulo a de inclinación en respuesta a recibir información acerca de una posición de la herramienta (100) de trabajo o una posición del detector (130).

14. Aparato según una de las reivindicaciones 6 a 13,

en el que la unidad de radio y la unidad de radio adicional están adaptadas para usar una señal de radio codificada para la identificación de una unidad transmisora.

15. Método para determinar una elevación de una herramienta (100) de trabajo con respecto a un plano (105) de referencia, que comprende:

emitir un haz (120) de láser rotatorio que con la rotación abarca un plano, estando el plano inclinado un ángulo (a) de inclinación con respecto al plano (105) de referencia,

caracterizado por una etapa adicional de:

medir una distancia (127) entre el sistema (110) láser rotativo y el detector (130) en la herramienta (100) de trabajo usando un tiempo transcurrido entre una señal de radio transmitida y una devuelta de una unidad de radio,

en el que se evalúa la elevación de la herramienta (100) de trabajo basándose en el ángulo (a) de inclinación y en la distancia (127) medida.

16. Método según la reivindicación 15, en el que el detector (130) en la herramienta (100) de trabajo comprende una fila de fotocélulas (138), que comprende además:

transmitir una posición de la fotocélula a lo largo de la fila de fotocélulas (138), que ha detectado el haz (120) de láser rotatorio, al sistema (110) láser rotativo; y

cambiar el ángulo a de inclinación de modo que el haz (120) de láser rotatorio incida en una fotocélula en una posición (137) predeterminada a lo largo de la fila de fotocélulas (138).

17. Método según la reivindicación 15 o la reivindicación 16, que comprende además:

transmitir el ángulo (a) de inclinación desde el sistema (110) láser rotativo hasta la herramienta (100) de trabajo; y

cambiar la elevación de la herramienta (100) de trabajo hasta alcanzar un valor objetivo de la elevación de la herramienta (100) de trabajo.

18. Método según la reivindicación 15, en el que el detector (130) comprende una fila de fotocélulas (138), que comprende además:

cambiar una elevación de la herramienta (100) de trabajo según una posición de una fotocélula de la fila de fotocélulas (138), que detecta el haz (120) de láser rotatorio.

19. Método según la reivindicación 18, en el que la etapa de cambiar la elevación de la herramienta (100) de trabajo se realiza hasta que la elevación de la herramienta (100) de trabajo coincide con un valor objetivo predeterminado para la elevación de la herramienta (100) de trabajo.

20. Método según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además:

medir un periodo de tiempo entre los haces (120) de láser rotatorio que pasan por una marca (910) de referencia cero y el detector (130) que detecta los haces (120) de láser rotatorio para determinar una posición de la herramienta (100) de trabajo.

21. Método según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además:

medir un periodo de tiempo adicional entre los haces (120) de láser rotatorio que pasan por un detector (810) adicional y el detector (130) que detecta los haces (120) de láser rotatorio con el fin de evaluar la posición de la herramienta (100) de trabajo.

22. Método según la reivindicación 21, que comprende además:

medir las distancias entre el sistema (110) láser rotativo y el detector (130) en la herramienta (100) de trabajo, entre el detector (130) y el detector (810) adicional y entre el detector (810) adicional y el sistema (810) láser rotativo de manera simultánea con el fin de determinar la posición de la herramienta (100) de trabajo.


 

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