專利名稱：將部件插入地面內(nèi)形成結(jié)構(gòu)的裝置的導(dǎo)引方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)引方法，用來導(dǎo)引設(shè)計成可將部件插入地面內(nèi)的裝置以形成一種結(jié)構(gòu)；具體涉及到這樣一種導(dǎo)引方法，用來導(dǎo)引專利申請EP0803609所述的這種用以插入基板以形成鐵路鋼軌的裝置，此種裝置能將基板在精確到小于1mm的范圍內(nèi)于給定位置處插入混凝土內(nèi)。本發(fā)明還涉及用來實施此種導(dǎo)引方法將部件插入地面內(nèi)的裝置。
從專利文獻EP0803609已知有用來將基板插入混凝土內(nèi)，快速和低成本地制成鐵路鋼軌的裝置。但是為了提高效率，這樣的基板插入裝置要求此插入裝置本身能精確地定位，以便使各個基板獲得準確的位置。當前，這種插入裝置是與現(xiàn)場導(dǎo)軌結(jié)合使用，這種導(dǎo)軌是事先沿著鐵路鋼軌要遵循的路徑，相對于固定參考物根據(jù)測量的確定而安裝好的，用作基板插入裝置定位的基準。
但是這種將現(xiàn)場導(dǎo)軌沿鐵路鋼軌路徑作布設(shè)的先有技術(shù)有著冗長和費時的缺點，因而顯著地放慢了鐵路鋼軌的鋪設(shè)。此外，為了使插入裝置在定位中獲得良好的精度，就需要使支承此現(xiàn)場導(dǎo)軌的地面適當?shù)胤€(wěn)定化，以防此導(dǎo)軌在由此插入裝置用來確定其位置的支承點的壓力下運動。此外，在這樣一種現(xiàn)場一般進行的此項工作還有可能偶然移動導(dǎo)軌的。
于是本發(fā)明的目的為克服上述缺點而提供這樣的導(dǎo)引方法，它能使用以將部件插入地面的插入裝置精確和快速地定位，而這種方法能簡便地實施并且是低成本的。
為此目的，本發(fā)明提供了導(dǎo)引設(shè)計成將部件插入地面以構(gòu)成一種結(jié)構(gòu)的裝置的導(dǎo)引方法，此方法的特征在于它包括下述步驟確立地形點并確定這些點在X、Y、Z參考坐標架中的坐標；于所述結(jié)構(gòu)的鄰區(qū)設(shè)置一測量站，相對于一或多個地形(topographical)點測定此測量站的X、Y、Z位置。
借助此測量站測定用來將部件插入地面的插入裝置和此測量站之間的距離與厚度；通過此測量的距離與測量的厚度以及此測量站的已知位置來計算插入裝置的位置；移動此插入裝置，使得所述部件在插入軸線上與其擬插入到地面內(nèi)的給定位置處準直。
在具體的實施形式中，本發(fā)明的導(dǎo)向方法可以包括一或多個下述特征的單獨形式或任何技術(shù)上可行的組合形式；所述測量站包括借助激光器與所述插入裝置所盛載的反射器相配合的光學(xué)測量方法；在沿所述結(jié)構(gòu)分布的各基準點上進行了測量，而且隨著插入裝置的行進，使測量站移過借助此測量站可使獲得的計算精度最大的測量點。
兩個相續(xù)測量點間的距離為50～100m，以便能在測量插入地面的部件的位置中獲得1mm范圍內(nèi)的精度。
此插入裝置的位移由連接到機載計算機上的機載控制器控制，在每一瞬間通過測量站作為距離與取向數(shù)據(jù)的函數(shù)傳遞給此計算機，以使由插入裝置支承的部件在插入軸線與坐標存儲于計算機存儲器中的給定位置基本準直；所述插入裝置包括支承上述部件的臂，此臂受驅(qū)動沿著三條相互正交的軸線平移與轉(zhuǎn)動，此臂的運動受到計算機控制，能使上述部件在插入軸線上與給定位置精確地準直；所述結(jié)構(gòu)是鐵路鋼軌，而所述部件是設(shè)計用來支承軌道的基板，此基板在混凝土板固化之前插入其中。
本發(fā)明還提供了用來將至少一個部件插入地面內(nèi)的插入裝置，此裝置實施上述的導(dǎo)引方法，而其特征在于，它包括有至少一個反射器，設(shè)計成能反射測量站的排出物，同時能精確地測定反射器與測量站之間的距離與角度。
在特殊的實施例中，本發(fā)明的用于將部件插入地面內(nèi)的插入裝置可以包括一或多個下述特征的單獨形式或任何技術(shù)上可行的組合形式此裝置包括可在三個相互正交的軸線上受驅(qū)平移與轉(zhuǎn)動的臂，此臂支承著擬插入到地面內(nèi)的部件且包括能由測量站獲知此臂與部件的三維位置的反射器；此裝置包括可組成一能自主運動的車輛的驅(qū)動和/或轉(zhuǎn)向輪或是履帶式行進裝置，車輛的底盤上裝配有反射器；車輛包括計算機，接收來自測量站的數(shù)據(jù)并計算車輛與臂的位置，計算機發(fā)送信號給控制器，用以控制車輛與臂的位移，以使所述部件能在預(yù)定位置插入地面內(nèi)；所述部件是設(shè)計用來支承鋼軌的基板，所述基板在混凝土板固化之前插入其內(nèi)。
通過閱讀下面以非限制性例子給出的本發(fā)明實施例的描述，同時參考附圖，將可更好地理解本發(fā)明的目的、特性與優(yōu)點，附圖中

圖1以示意性剖面圖表明采用先有技術(shù)的導(dǎo)引方法，插入用來支承鋼軌的基板的插入裝置；圖2是采用本發(fā)明一特殊實施例的導(dǎo)引方法用來插入基板的插入裝置的透視圖；圖3是圖2中的基板插入裝置在彎曲時從上方觀察的示意圖；圖4是圖2中的基板插入裝置的鉸接臂的詳圖；圖5例示可用來制造鐵路鋼軌的基板。
為便于理解附圖，其中只示明了為理解本發(fā)明必需的部件。
圖1示明先有技術(shù)的用來運送被導(dǎo)引就位的基板插入裝置的車輛11，此裝置在混凝土固化之前處于鋼軌的混凝土板10的上方。在圖1中，用來將基板沿鐵路鋼軌路經(jīng)插入的車輛11，是由兩個設(shè)在混凝土板10兩側(cè)用作使車輛11定位的基準的現(xiàn)場導(dǎo)軌12所導(dǎo)引?；宀迦胗密囕v11上裝配有用來將它保持于導(dǎo)軌12上的輪13，此輪抵靠到導(dǎo)軌12的一端面，以兩個保持輪13于側(cè)向支承于此第二導(dǎo)軌12上，能使車輛11定位于垂直插入軸線2的X、Y平面中。
上述導(dǎo)引方法的缺點是需要事先將現(xiàn)場導(dǎo)軌鋪設(shè)就位，在冗長而又細致的作業(yè)中將會顯著地減慢鐵路鋼軌的鋪設(shè)進度。
圖2與3示明用于插入基板2的插入裝置1，此裝置通過具體實施本發(fā)明的導(dǎo)引方法沿鐵路鋼軌的路徑導(dǎo)引。
圖2中，用于插入基板2的插入裝置由安裝在四個輪上的車輛1組成，這四個輪中的兩個是轉(zhuǎn)向輪而另兩個是驅(qū)動輪，能使車輛1自主地沿給定方向移動。車輛1的背面裝配有臂5，它可驅(qū)動沿三個正交軸線X、Y與Z平移與轉(zhuǎn)動，且設(shè)有能使其精確移動的機構(gòu)。
臂5本身詳示于圖4中，大致呈H形，在其底部上支承兩個致動器6，它們各載有基板2用以插入兩端固定的新澆注的混凝土板內(nèi)，兩塊基板2由臂5保持成相互分開一段相當于待安裝的鋼軌軌距的距離，臂5上裝配有兩個角度指示器(未圖示)經(jīng)常地測量臂5相對于軸X與Y的取向。
基板2中的一個示明于圖5中，它們屬常規(guī)的類型，包括由剛性材料例如鑄鐵制的板件21和兩個保持裝置22，每個保持裝置包括一螺紋桿，借助螺母可將鋼軌固定到基板2上，基板2還包括兩個大致是圓柱形的地腳螺栓23，以在上述混凝土固化時使基板牢牢地保持于混凝土板10內(nèi)。
圖4中，臂5的背面上設(shè)有三個反射器7，設(shè)計成能與安裝在擬鋪設(shè)的鐵路鋼軌旁側(cè)的測量站3配合工作。在車輛1的頂棚上也安裝一反射器7。
設(shè)于鐵路鋼軌路徑旁側(cè)的測量站3安裝在測量點8垂直上方的三角架上。測量站3包括的測距激光器裝置裝配有光發(fā)射器和光接收器，能非常精確地測定測量站與臂5所載的這組反射器7間的距離與角度，所用的測距激光器裝置例如是在牌號TC/TCA 2003 FLeica公司出售的這種裝置。
測量站3還設(shè)有無線電發(fā)射機9，它將測距激光器裝置每一瞬間的測量結(jié)果發(fā)送給車輛1攜載的接收器30。車輛1凹接收器30連接一臺由此車輛1載運的計算機31，計算機31根據(jù)測量站3發(fā)送的信息和已知的測量點8的位置，計算出臂5精確的三維(3D)位置，計算機31連接一控制著臂5與致動器6兩者移動的控制器(未圖示)，此控制器還控制著可使車輛轉(zhuǎn)向與移動馬達。
下面說明用來導(dǎo)引基板插入裝置的導(dǎo)引方法。
圖3中，在插入基板2的步驟之前，沿鐵路鋼軌的路徑按約50至100m的間隔相繼地確定一批測量點，并由標志器將這些點標出。
在進行基板2插入的時日，將插入用車輛1帶到混凝土板10業(yè)已新澆注但尚未固化的部分鋼軌處。從車輛1的這一起始位置起，將測量站3最好設(shè)在能直接觀察車輛1背面，特別是臂5的與車輛1的反射器的最近測量點8上。測量站3是以非常精確的方式定位到點8之上，即將測量站3設(shè)于點8的垂直上方，借助一根桿測量此測量站與點8間的垂直距離來測定測量站3的X、Y、Z坐標，在本發(fā)明的方法的另一種實施形式中，可將測量站3交替地設(shè)在鐵路鋼軌附近能直接觀察上述反射器的任何點處，然后用此測量站來觀察各個已知的測量點并根據(jù)所測角度與距離來測定測量站的精確位置，由此來測定測量站3的X、Y、Z坐標。
一旦得知測量站3的位置，即將測距激光器裝置指向車輛1的背面，使之能測量它本身與各反射器7特別是與設(shè)在車輛1頂棚上的反射器7之間的距離與角度。
測量結(jié)果立即由無線電發(fā)射機9發(fā)送給車輛1的機載計算機31，此計算機即根據(jù)測量站3所發(fā)送的數(shù)據(jù)及其已知位置，計算車輛1的精確的三維(3D)位置。
由于基板2擬插入處的點的精確坐標業(yè)已預(yù)先存儲于計算機31的存儲器中，此計算機31便根據(jù)所述的點與由此站測得的車輛1的位置，計算臂5與下一個基板2將插入的位置之間的距離，然后使臂置于一靜止位置，此臂由此靜止位置可以移動若干cm并具有六個自由度。根據(jù)這一距離，計算機31發(fā)送信號給控制器，此控制器控制驅(qū)動輪與轉(zhuǎn)向輪，使車輛1沿鋼軌的軸線移動到直至穩(wěn)定地保持于其靜止位置的鉸接臂5基本上到達基板2計算出的擬插入的點處。自然，考慮到車輛1的傳動系統(tǒng)中存在的間隙，車輛1相對于鋼軌的定位因而不會是非常精確的，具體地說，精確到約1cm的范圍內(nèi)。
一旦車輛1停止于所述位置中，計算機31便根據(jù)測量站3傳送的數(shù)據(jù)來驗證臂5的3D位置，然后發(fā)送信號給控制器以控制鉸接臂5在六個自由軸線運動，從而將臂5攜帶的基板2帶到與基板2的理想插入點相對準的位置，并以極其良好的精度做到這點。此時起動致動器6，依照專利申請EP0803609所述的方法，將基板2插入軟的混凝土10中。
在插入了兩塊基板2后，使臂5返回至其靜止位置，再由計算機31搜索隨后新基板2擬插入的點的坐標，用來將車輛1帶到與所述新點對準位置處的導(dǎo)引方法則與前述的類似，為了在導(dǎo)引基板插入用車輛1時保持充分的精度，以便在基板定位中獲得1mm范圍內(nèi)的精度，使測量站3規(guī)則地改變到最接近車輛1的測量點8，而此測量點可直接觀察這種反射器7。
這種導(dǎo)向方法的優(yōu)點是能快速操作并可由低的成本實施，只要求每50至100m設(shè)置測量點并在插入基板的時日設(shè)置測量站。此外，這種導(dǎo)引方向具有不需在基本插入裝置與所用參考坐標架采用直接接觸的優(yōu)點，這樣，基板插入裝置便不會對參考坐標架產(chǎn)生物理應(yīng)力。
自然，本發(fā)明不限于上面所描述和所圖示的只是以舉例形式給出的上面的例子描述了將基板插入混凝土板內(nèi)的插入裝置，但是本發(fā)明的導(dǎo)引方法則可以同樣良好地用來導(dǎo)引插入裝置來插入形成一結(jié)構(gòu)所需的任何部件。
在未示明的變形實施例中，此插入裝置可以裝備上履帶式行進裝置而不用車輪，或是裝備上可使插入裝置移動的任何其他裝置。
權(quán)利要求
1.一種用來導(dǎo)引裝置(1)的導(dǎo)引方法，該裝置(1)設(shè)計成將部件(2)插入地面內(nèi)以形成一種結(jié)構(gòu)，此方法的特征在于包括下述步驟確立地形點(8)同時測定這些點(8)在X、Y、Z參考坐標架中的坐標；將測量站(3)置于上述結(jié)構(gòu)的鄰區(qū)，并相對于一或多個地形點(8)測定所述測量站(3)的X、Y、Z位置；通過所述測量站(3)測定上述插入裝置(1)與測量站(3)之間的距離與角度；據(jù)此所測量的距離和此測量站(3)的已知位置計算裝置(1)的位置；移動插入裝置(1)，使所述部件(2)在插入軸線上與此部件擬插入到地面處的給定位置對準。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用來導(dǎo)引插入裝置(1)的導(dǎo)引方法，此方法的特征在于，所述測量站(3)包括應(yīng)用激光器與由部件(2)的插入裝置(1)所載盛的反射器7相配合光學(xué)測量方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用來導(dǎo)引插入裝置(1)的導(dǎo)引方法，此方法的特征在于，在沿所述結(jié)構(gòu)分布的各個參考點(8)處進行了測量，同時隨著插入裝置(1)的推進，測量站(3)則移過能使測量站(3)獲得的計算精度最大化的測量點(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用來導(dǎo)引插入裝置(1)的導(dǎo)引方法，此方法的特征在于，兩個相續(xù)測量點之間的距離在50至100m的范圍內(nèi)，由此可使部件(2)位置的測量精度在小于1mm的限度內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的用來導(dǎo)引插入裝置(1)的導(dǎo)引方法，此方法的特征在于，所述插入裝置(1)的位移由連接到機載計算機(31)的機載控制器，作為在每一瞬間由測量站(3)傳送給計算機(31)的距離與取向數(shù)據(jù)的函數(shù)進行控制，使得由插入裝置(1)支承的部件(2)能在插入軸線上與坐標存儲于計算機(31)中的已給位置基本對準。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用來導(dǎo)引插入裝置(1)的導(dǎo)引方法，此方法的特征在于，所述插入裝置(1)包括支承前述部件(2)的臂(5)，此臂(5)則可受驅(qū)而沿三條兩兩正交的軸線平移與轉(zhuǎn)動，臂(5)的這種運動由計算機(31)控制，從而可使部件(2)在插入軸線上與給定的位置精確地對準。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的用來導(dǎo)引插入裝置(1)的導(dǎo)引方法，此方法的特征在于，所述結(jié)構(gòu)是鐵路鋼軌，所述部件(2)是設(shè)計用來支承軌道的基板(2)，而所述基板(2)插混凝土板(10)固化前插入其中。
8.一種用于將至少一個部件(2)插入地面內(nèi)的插入裝置(1)，此裝置可實施權(quán)利要求1～7中任一項所述的導(dǎo)引方法，其特征在于，此裝置包括受驅(qū)可沿三條兩兩正交的軸線上平移與轉(zhuǎn)動的臂(5)，臂(5)支承著擬插入地面內(nèi)的部件(2)且包括反射器(7)，此種反射器能借助測量站(3)獲知臂(5)與部件(2)的三維位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的插入裝置(1)，其特征在于，它包括驅(qū)動輪和/或轉(zhuǎn)向輪或是履帶式行進裝置以組成可自主運動的車輛(1)，車輛(1)的底盤上裝配有反射器(7)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的插入裝置(1)，其特征在于它包括計算機(31)以接收來自測量站(3)的數(shù)據(jù)并計算車輛(1)的與臂(5)的位置同時發(fā)送信號給控制器來控制車輛(1)與臂(5)的位移，得以使部件(2)于預(yù)定的位置處插入地面。
11.根據(jù)權(quán)利要求8～10中后一項所述的插入裝置，其特征在于，部件(2)是用來支承軌道的基板，基板(2)則在混凝土板(10)固化前插入其中。
全文摘要
導(dǎo)引設(shè)計成將部件(2)插入地面內(nèi)以構(gòu)成一種結(jié)構(gòu)的裝置(1)的方法,包括以下步驟:確立地形點(8)并測定其在XYZ參考坐標架中的坐標;將測量站(3)置于上述結(jié)構(gòu)鄰區(qū)并相對于一或多個點(8)測定站(3)的X、Y、Z位置;借助站(3)測定裝置(1)與站(3)間的距離與角度;據(jù)此所測距離與站(3)的已知位置算出裝置(1)的位置;移動裝置(1)以使部件(2)在插入軸線上與該部件擬插入到地面處的給定的位置對準。
文檔編號E01B35/02GK1336462SQ0112490
公開日2002年2月20日 申請日期2001年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月1日
發(fā)明者伊恩·羅伯遜, 吉恩·埃爾薩姆 申請人:阿爾斯托姆公司