BETSCHON, Christian (Quellenweg 4, Heiden, CH-9410, CH)
WALSER, Bernd (Loostrasse 16, Heerbrugg, CH-9435, CH)
KIPFER, Peter (Spitzigerfeldstr. 10, Marbach, CH-9437, CH)
BETSCHON, Christian (Quellenweg 4, Heiden, CH-9410, CH)
WALSER, Bernd (Loostrasse 16, Heerbrugg, CH-9435, CH)
Patentansprüche
1. Ausbringungssteuereinheit für eine mobile Ausbringungseinheit (Ia, Ib, Ic, Id, Ie, If, Ig, Ih, Ii, Ij ) für Markiersubstanz zur Erzeugung bodengebundener
Markierungen (M 7 M'), insbesondere von Sportfeldern (SF), mit einem auf der Ausbringungseinheit anbringbaren Strahlungssensor (2) zum Empfang eines elektromagnetischen Referenzsignals (RS, RS' , RS' ' , RS' ' ' ) , wobei der Strahlungssensor (2) derart ausgebildet ist, dass anhand des empfangenen Referenzsignals (RS, RS', RS' ',RS''') die Position der Ausbringungseinheit (Ia, Ib, Ic, Id, Ie, If, Ig, Ih, Ii, Ij ) relativ zu einer mittels des Referenzsignals (RS, RS' , RS' ' , RS' ' ' ) festgelegten Referenzebene (RE) ableitbar ist, gekennzeichnet durch
Mittel zum Erfassen der Orientierung der
Ausbringungssteuereinheit relativ zur Referenzebene (RE) , wobei mittels der Ausbringungssteuereinheit - die Lage der Ausbringungseinheit (Ia, Ib, Ic, Id, Ie, If, Ig, Ih, Ii, Ij) relativ zur Referenzebene (RE) feststellbar ist und
- Steueranweisungen für die Ausbringungseinheit (Ia, Ib, Ic, Id, Ie, If, Ig, Ih, Ii, Ij ), insbesondere zur Lagekorrektur, bereitstellbar sind.
2. Ausbringungssteuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erfassen der Orientierung der Ausbringungssteuereinheit die Orientierung des
Strahlungssensors (2) relativ zur Referenzebene (RE) ableiten. - -
3. Ausbringungssteuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssensor ein Laserdetektor (2' ) ist und insbesondere - eine lineare Anordnung von Lasersensoren, wie Photodioden (3), oder
- eine flächige Anordnung von Lasersensoren, wie Photodioden, aufweist.
4. Ausbringungssteuereinheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssensor als die Mittel zum Erfassen der Orientierung ausgebildet ist.
5. Ausbringungssteuereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssensor eine räumliche Anordnung von Sensoren, insbesondere Lasersensoren (5), aufweist.
6. Ausbringungssteuereinheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erfassen der Orientierung einen schwerkraftgesteuerten, insbesondere zweiachsigen, Neigungssensor (6, 6' , 6' ' , 6' ' ' ) aufweisen.
7. Ausbringungssteuereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzeigevorrichtung (9) zur Anzeige der Lage der Ausbringungseinheit (Ia, Ib, Ic, Id, Ie, If, Ig, Ih, Ii, Ij ).
8. Ausbringungssteuereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch - -
eine Aktuatorvorrichtung (8, 8', 8'', 8''') zur Lageeinstellung der Ausbringungseinheit (Ia, Ib, Ic, Id, Ie, If, Ig, Ih, Ii, Ij ) gemäss den Steueranweisungen.
9. Markierwagen (Wl, W3, W4, W5, W6) zur Erzeugung bodengebundener Markierungen, insbesondere von Sportfeldern, mit
- einem Trägerwagen (T) ,
- einer Ausbringungseinheit (Ia, Ib, Ic, Id, Ie, If, Ig, Ih, Ii, Ij) für Markiersubstanz, gekennzeichnet durch eine Ausbringungssteuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Markierwagen (Wl, W3, W4, W5, W6) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringungseinheit (Ia, Ib, Ic, Id, Ie, If, Ig, Ih, Ii, Ij ) gegenüber dem Trägerwagen (T) lageverstellbar ausgebildet und angeordnet ist.
11. Markierwagen (Wl, W3, W4, W5, W6) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringungseinheit (Ia, Ib, Ic, Id, Ie, If, Ig, Ih, Ii, Ij ) mittels einer Aktuatorvorrichtung (8, 8' , 8' ' , 8' ' ' ) definiert lageverstellbar ist.
12. Markierwagen (Wl, W3, W4, W5, W6) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch einen umdrehungssensitiven Radsensor (S) . |
- -
AusbringungsSteuereinheit
Die Erfindung betrifft eine Ausbringungssteuereinheit für eine Ausbringungseinheit für Markiersubstanz nach Anspruch 1 und einen Markierwagen nach Anspruch 9.
Zum Erzeugen bodengebundener Markierungen, wie sie beispielsweise zum Festlegen von Spiel- und Sportfeldern Verwendung finden, werden Markiergeräte eingesetzt. Die Markiergeräte weisen einen Auslass für Markiersubstanz auf und sind im Allgemeinen fahrbar als Markierwagen ausgebildet. Vor Beginn der eigentlichen Markiertätigkeit müssen das Feld bzw. die zu markierenden Linien und/oder Flächen definiert abgesteckt werden. Dazu ist beispielsweise bekannt, den Markierbereich mit Seilen aufzuspannen - auch als „stringing out" bezeichnet. Der Bereich wird ausgemessen und die zu markierenden Linien durch Seile gekennzeichnet. Anschliessend führt oder fährt eine Bedienperson den - Markiersubstanz auslassenden - Markierwagen entlang der Seile. Diese Art der Markierung birgt jedoch eine Vielzahl möglicher Fehlerquellen, sodass sich -häufig Abweichungen von der gewünschten Markierposition ergeben. So ist bereits die Genauigkeit beim - händischen - Verlegen der Seile naturgemäss begrenzt. Weiters kann beim Abfahren das Seil deplaziert werden. Auch sind die Absteckseile nach dem Markieren mit Markiersubstanz bedeckt und können beim Verschieben, Aufnehmen oder erneuten Auslegen unerwünschte Markierspuren erzeugen. Ausserdem nachteilig bei einem derartigen Markiervorgang ist der grosse Zeit- und Arbeitsaufwand .
Eine Verbesserung der Markierarbeiten in Hinblick auf Genauigkeit, Zeitbedarf und Handhabungsfreundlichkeit bietet die Verwendung von optischen Leitstrahlen zur Führung eines Markierwagens .
BESTäT.GUNGSKOPIE
- -
Aus der CH 572 241 ist ein System mit einer Anordnung zur Führung eines Objektes längs einer Bezugsgeraden bekannt, das mit zwei statischen Komponenten arbeitet. Hierbei wird durch einen statischen Sender einen Messlichtstrahl emittiert, der wiederum durch einen statisch positionierten Detektor empfangen wird. Die zu bewegende Einheit weist eine definierte Kante auf, die im Messlichtstrahl geführt wird und durch Abschattung des Detektors eine relative Positionsbestimmung ermöglicht. Aufgrund des Abschattungsprinzips muss hierbei eine definierte Kante stets im ununterbrochenen Strahlgang zwischen statischen Sender und Detektor gehalten werden, was zudem aufgrund von Abbildungs- und Streulichtproblemen Schwierigkeiten aufweist. Ausserdem benötigt dieser Ansatz die Aufstellung von zwei präzise zueinander ausgerichteten Komponenten, was in Hinblick auf die einfache und schnelle Erzeugung von Bodenmarkierungen nachteilig ist.
Ein mobiles System für Markierwagen wird beispielsweise in der WO 2006/013386 beschrieben. Durch eine Laserdiode und eine Optik wird ein Strahl mit fächerförmiger Geometrie und elliptischem Strahlquerschnitt erzeugt. Dieser Strahl wird zur Festlegung einer Seite eines Sportfeldes emittiert. Der zur Ausbringung der Markiersubstanz verwendete Markierwagen weist einen Detektor für die Laserstrahlung auf, wobei die Position des Markierwagens relativ zum vertikal orientierten Strahl angezeigt wird. Der Benutzer des Wagens kann diesen anhand des Laserfächers als Leitstrahl führen.
Die Ausbringung von Markierungen mit solchen Systemen ist im ebenen Gelände gattungsgemäss genau, berücksichtigt jedoch nicht Gelände-Unebenheiten und -Unregelmässigkeiten, wie Senken oder im Gras versteckte Hindernisse. So kann es
vorkommen, dass trotz entsprechender Detektion des Leitstrahls Abweichungen von der gewünschten Markierposition entstehen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausbringungssteuereinheit für ein mobiles Markiergerät mit verbesserter Markiergenauigkeit bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Markiergeräts, insbesondere Markierwagens, zur genaueren Markierung von Sportfeldern.
Eine weitere Aufgabe ist die Kompensation von neigungsbedingten Fehlern bei Markierarbeiten.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 9, sowie durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche gelöst bzw. die Lösungen weitergebildet.
Erfindungsgemäss wird eine verbesserte Markiergenauigkeit durch eine Ausbringungssteuereinheit ermöglicht, welche Ausbringungssteuereinheit einen Strahlungssensor für elektromagnetische Strahlung umfasst, wobei mittels des Strahlungssensors die Position der Ausbringungseinheit für Markiersubstanz relativ zu einem elektromagnetischen Referenzsignal bzw. relativ zu einer durch das Signal festgelegten Referenzebene erfassbar ist, und welche Ausbringungssteuereinheit weiters Mittel zum Erfassen der Orientierung der Ausbringungseinheit relativ zur Referenzebene umfasst. Mittels des Strahlungssensors wird das Referenzsignal empfangen und anhand des empfangenen Signals die Relativposition von Ausbringungseinheit und Referenzsignal bestimmt. Durch das Erfassen der Orientierung relativ zum Signal ist eine weitere mögliche Fehlerquelle in der Markierung von Linien und/oder Flächen erfassbar und - durch
- -
entsprechende Massnahmen - eliminierbar. Indem der Strahlungssensor und die Mittel zur Orientierungserfassung in definierter Lagebeziehung zur Ausbringungseinheit stehen, kann aus der Kenntnis der Position des Strahlungssensors zur Referenzebene und der Kenntnis der Orientierung der Orientierungserfassungsmittel relativ zur Referenzebene die relative Lage der Einheit abgeleitet werden. Die erfindungsgemässe Ausbringungssteuereinheit kann anhand der Kenntnis dieser Lage Steueranweisungen für die Ausbringungseinheit - insbesondere zur Lage- oder Ausbringungskorrektur - bereitstellen. Eine relativ zum Referenzsignal erfasste Lage kann auch als Lage relativ zur durch das Signal festgelegten Referenzebene dargestellt werden.
Für ein Markiergerät zum Erzeugen von Markierlinien und/oder - flächen, wie einen Markierwagen zum Markieren von Sportfeldern, mit einer erfindungsgemässen Ausbringungssteuereinheit ist somit eine sehr hohe Markiergenauigkeit erreichbar, indem Position und Orientierung der Ausbringungseinheit gegenüber der Referenzebene genau feststellbar und gegebenenfalls kompensierbar sind. Ein Feststellen der Position und Orientierung der Ausbringungseinheit impliziert ein Feststellen von Position und Orientierung eines Auslasses für Markiersubstanz der Ausbringungseinheit und vice versa. Der Auslass ist mit der Ausbringungseinheit definiert verbunden oder in diese integriert, z.B. als öffnung der Einheit.
Die Referenzebene oder mehrere Referenzebenen bzw. das oder die Referenzsignal/e, werden von einem Referenzstrahlgenerator, insbesondere einer Lasersendeeinheit, bereitgestellt. Der Referenzstrahlgenerator wird dabei vor Beginn des eigentlichen Markiervorgangs definiert positioniert
und ausgerichtet, sodass die vom Generator emittierte elektromagnetische Strahlung als - eine oder mehrere Referenzebene/n festlegende - Referenzstrahlung zur Führung des Geräts verfügbar ist. Im Allgemeinen erfolgt die Ausrichtung so, dass die Referenzebene vertikal auf der zu markierende Oberfläche steht.
Ein Markiergerät kann jedes bewegliche, insbesondere fahrbare, Gerät mit einer Ausbringungseinheit für Markiersubstanz darstellen. Insbesondere ist das Markiergerät als Markierwagen ausgebildet, welcher von einer Bedienperson geschoben oder aber extern gesteuert werden kann. Ebenso können ein Sitz und eine Steuereinrichtung für einen Fahrer vorgesehen sein. Vorzugsweise weist das Markiergerät einen Trägerwagen und Räder auf. Mit einem Radsensor, welcher z.B. die Umdrehungen der Räder pro Zeiteinheit und damit die Geschwindigkeit des Gefährts erfasst, kann ein weiterer Parameter bei der Steuerung, insbesondere bei der automatischen Steuerung, des Markiergeräts verwertet werden, was gegebenenfalls einer weiteren Steigerung der Markiergenauigkeit dient.
Das Markiergerät weist ein Reservoir mit Markiersubstanz, sowie eine Verbindungs- und übertragungseinrichtung zwischen Reservoir und Ausbringungseinheit auf. Derartige gattungsgemässe Markierkomponenten und übliche zum Markieren eingesetzte Elemente werden aber im Weiteren nicht oder nicht im Detail beschrieben.
Die Ausbringungseinheit für Markiersubstanz ist mit einem Auslass für Markiersubstanz, beispielsweise einer Düse, ausgebildet, wobei Auslass und Ausbringungseinheit mittel- oder unmittelbar verbunden sein können. Die Markiersubstanz wird, im Allgemeinen mittels einer Pumpeinrichtung und einem Verbindungsschlauch, vom Reservoir zum Auslass transportiert
— —
und zum Markieren dort ausgelassen, insbesondere gesprüht. Die Markiersubstanz ist dabei vorzugsweise flüssig, kann aber auch ein Pulver sein bzw. feste Partikel, welche z.B. mittels der Düse zerstäubt werden und auf einer Oberfläche haften. Der Auslass kann weiters eine Verschliesseinrichtung aufweisen.
Die Ausbringungseinheit ist vorzugsweise zum Anbringen am Wagen ausgebildet, insbesondere zum lösbaren Anbringen. Durch eine abnehmbare Ausbringungseinheit wird beispielsweise ein Reinigen derselben erleichtert. Weiters ist die Ausbringungseinheit mittel- oder unmittelbar lageverstellbar mit dem Markiergerät verbunden, sodass Position und Orientierung des Auslasses für Markiersubstanz gegenüber dem Markiergerät, z.B. einem Fahrgestell des Geräts, einstellbar sind. Dies kann z.B. mittels einer Aktuatorvorrichtung erreicht werden, welche eine definierte Verschiebung des Auslasses quer zur Fahrtrichtung- gegebenenfalls beidseitig - des Markiergeräts sowie eine definierte Verstellung/Verkippung des Auslasses um eine Längs- und Querachse des Geräts ermöglicht, beispielsweise mittels eines Gelenks mit zwei rotatorischen Freiheitsgraden.
Sind der Strahlungssensor zur Positions- und die Mittel zur Orientierungserfassung der Ausbringungssteuereinheit unmittelbar mit der Ausbringungseinheit verbunden, so wird die Anordnung der Ausbringungseinheit am Markiergerät insbesondere nach Kriterien der möglichst zuverlässigen und genauen Signalerfassung sowie Handlichkeit und Kompaktheit der Anordnung gewählt. Im Allgemeinen ist der Strahlungssensor zum Empfang des Referenzsignals vom Auslass versetzt angeordnet, um die Führung des Geräts um eine - das Referenzsignal erzeugende - Sendeeinheit zu erleichtern. Gegebenenfalls sind die verschiedenen Komponenten und das Markiergerät so ausgebildet, dass eine flexible Anordnung am Gerät möglich ist
- je nach Gegebenheiten der zu markierenden Umgebung. Ebenso können die Sensoren/Mittel in ihrer Position veränderbar sein. Beispielsweise ist ein Steuerprogramm einsetzbar, welches verschiedene Eingabeparameter berücksichtigt.
Die Lageeinstellung der Ausbringungseinheit erfolgt über die Ausbringungssteuereinheit, welche im Allgemeinen mehrere Komponenten umfasst. Durch entsprechendes Ausbilden, Anordnen und Zusammenschalten der Komponenten kann auch die Möglichkeit eines modulartiges Auf- oder Umrüstens der Ausbringungssteuereinheit vorgesehen werden. Die - im Allgemeinen mehreren - Komponenten stehen mit der Ausbringungseinheit in definierter Lagebeziehung, sodass mittels der Komponenten durchgeführte Positions- und Orientierungsbestimmungen eindeutig mit der Lage der Ausbringungseinheit verknüpfbar sind.
Der Strahlungssensor ist beispielsweise als lineare oder flächige Anordnung photosensitiver Bereiche, z.B. als CCD- Zeile oder CCD-Fläche, ausgebildet. Auf einem solchen sensitiven Bereich ist ein Referenz- oder Leitstrahl einer Sendeeinheit, insbesondere einer Lasersendeeinheit, detektierbar . Der detektierte Strahl ermöglicht das Feststellen der Sensorposition gegenüber dem Strahl und damit auch das Feststellen der Position der Ausbringungseinheit, welcher der Sensor zugeordnet ist. Der Leitstrahl legt dabei eine Referenzebene für den Markierungswagen derart fest, dass bei entsprechender Führung des Wagens an der Referenzebene eine korrekte Markierung entsteht.
Der Strahlungssensor kann prinzipiell als optischer Detektor, wie als Photodetektor, Anordnung von Lasersensoren oder Bildaufnahmegerät, welcher die Möglichkeit des Empfangs des
Referenzsignals und Ableitens der Position desselben auf dem Detektor bereitstellt, ausgeführt sein.
Erfindungsgemäss umfasst die Ausbringungssteuereinheit weiters Mittel zum Erfassen der Orientierung der Ausbringungseinheit gegenüber der Referenzebene. Ein Neigungserfassungsmittel kann ein - z.B. auf der Ausbringungseinheit angebrachter - auf der Wirkung der Schwerkraft beruhender ein - oder zweiachsiger Neigungssensor darstellen. Ebenso sind zwei Neigungssensoren einsetzbar. Alternativ ist der Strahlungssensor als die Mittel zum Erfassen der Orientierung ausbildbar, z.B. mit einer räumlichen Anordnung von Sensoren für elektromagnetische Strahlung, insbesondere Lasersensoren. Mit einer räumlichen Anordnung von Sensoren sind Position und Orientierung gegenüber einem empfangenen Referenzsignal feststellbar. Für eine solche Anordnung kann die Referenzebene beispielsweise auch nicht vertikal zur Boden-Markierebene, sondern schief auf diese ausgerichtet werden. Ebenso kann mit polarisierter Laserstrahlung und der Sensoranordnung zugeordnetem Polarisationsfilter gearbeitet werden.
Der Ausbringungssteuereinheit ist im Allgemeinen eine Recheneinheit zugeordnet, mittels welcher die erfassten Lageparameter weiterverarbeitbar und gegebenenfalls ausgebbar sind. Die Recheneinheit kann in die Ausbringungssteuereinheit integriert sein und beispielsweise am oder im Gerät angeordnet sein. Ebenso kann die Recheneinheit als externe Komponente mit den Komponenten der Ausbringungssteuereinheit kommunizieren - z.B. anhand einer Verbindung über Kabel, oder einer kabellosen Verbindung.
Werden mittels der Ausbringungssteuereinheit Lageabweichungen der Ausbringungseinheit festgestellt, ergehen Steueranweisungen - mittel- oder unmittelbar - an die
- -
Ausbringungseinheit bzw. wird die Ausbringungseinheit der festgestellten Abweichung entsprechend gesteuert. Die Steuerung kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Beispielsweise wird bei einer Lageabweichung das Auslassen der Markiersubstanz gestoppt, die Lage korrigiert und erst dann Markiersubstanz weiter ausgelassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Ausbringung der Markiersubstanz - gegebenenfalls zur Korrektur von Abweichungen - geregelt werden, beispielsweise indem Auslassparameter, wie Richtung oder Geschwindigkeit der ausgelassenen Substanz, steuerbar sind. Z.B. kann die Ausbringungssteuerung eine Druckregelung einer Pumpeinrichtung betreffen.
Die Steuerung kann auch derart erfolgen, dass festgestellte Abweichungen ohne Unterbrechung der Markierarbeit fortlaufend durch entsprechende Steuerung der Ausbringungseinheit korrigiert werden, solange bestimmte Grenzwerte nicht überschritten werden. Liegen die Abweichungen ausserhalb eines vorgegebenen Toleranzintervalls, wird der Markiervorgang unterbrochen. Zum Anhalten des Markiervorgangs, d.h. des Austritts der Markiersubstanz, kann mittels der Ausbringungssteuereinheit - bzw. gegebenenfalls auch manuell - eine entsprechende Stoppfunktion aktiviert werden. Bei Aktivierung wird der Transport der Markiersubstanz zum Auslass unterbrochen, z.B. wird die Pumpeinrichtung ausgeschaltet und/oder der Auslass verschlossen bzw. die Verbindung zum Reservoir unterbrochen.
Nach entsprechender - automatischer oder manueller Kompensation der Abweichung kann mit dem Markieren fortgefahren werden.
Weitere Ausführungen zur Steuerung eines Markiergeräts bzw. der Komponenten eines Markiergeräts sind beispielsweise in der
- -
britischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 0417517.0 zu finden.
Das Feststellen der Abweichung kann - durch mechanische, optische oder akustische Mittel - angezeigt werden.
Selbstverständlich ist nicht nur das Feststellen der
Abweichung anzeigbar, sondern ebenso die aktuelle Position und
Orientierung des Auslasses. Die detektierten - und ggf. verarbeiteten - Werte können beispielsweise auf einem Monitor der Bedienperson dargestellt werden.
Die erfindungsgemässe Ausbringungssteuereinheit sowie erfindungsgemässe Markiergeräte werden nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen rein beispielhaft näher beschrieben. Im Einzelnen zeigen
Fig. IA die Darstellung eines Markiervorgangs mit einem erfindungsgemässen Markierwagen beim Markieren eines Fussballfeldes,
Fig. IB eine weitere Darstellung eines Markiervorgangs,
Fig. 2A eine - Leitstrahlen erzeugende - Lasersende- einheit,
Fig. 2B schematisch eine Lasersendeeinheit, die durch
Referenzsignale eine Referenzebene aufspannt und eine erfindungsgemässe Ausbringunssteuer- einheit zum Erfassen der Lage einer
Ausbringungseinheit relativ zur Referenzebene,
Fig. 3A, 3B zwei Ausführungsformen erfindungsgemässer
Markiergeräte,
- -
Fig. 3C eine Anzeigevorrichtung mit drei Anzeigelampen und zwei Schaltern,
Fig. 3D,3D zwei weitere Ausführungsformen erfindungsgemässer Markiergeräte,
Fig. 4A eine Ausführungsform einer Aktuatorvorrichtung mit optischem Detektor und Neigungssensor,
Fig. 4B eine weitere Ausführungsform einer Aktuatorvorrichtung,
Fig. 5 eine skizzenhafte Darstellung zur Erläuterung der Funktion der erfindungsgemässen
AusbringungsSteuereinheit,
Fig. 6A-6D vier Ausführungsformen von Strahlungssensoren einer erfindungsgemässen Ausbringungssteuereinheit.
In Figur IA ist ein Markiervorgang mit einem erfindungsgemässen mobilen Markierwagen Wl bildlich dargestellt. Gezeigt ist in Draufsicht ein zu markierendes Sportfeld SF - hier ein Fussballfeld - und der Markierwagen Wl beim Erzeugen bodengebundener Markierungen M. Die zu markierenden Linien sind angedeutet, fest durchgezogene Linien stellen bereits markierte Linien dar. Der Markierwagen Wl wird hier extern angesteuert, beispielsweise von einer mit dem Wagen kommunizierenden Recheneinheit.
Zum Bereitstellen eines Referenzsignals als „Führungssignal" für den Markierwagen Wl ist eine Lasersendeeinheit Ll mittels einer Trägerplatte T in einer Ecke des Feldes fix positioniert, welche Lasersendeeinheit Ll zwei fächerförmig
- -
aufgeweitete Leitstrahlen als elektromagnetische Referenzsignale RS, RS' bereitstellt. Die Lasersendeeinheit Ll umfasst einen Laser zur Emission von Laserstrahlung, einen Strahlaufweiter zur Erzeugung eines Strahlungsfächers und eine weitere optische Komponente - z.B. ein Pentaprisma - zum Aufspalten des Fächers in zwei Teilfächer. Die Sendeeinheit ist derart positioniert und ausgerichtet, dass die Leitstrahlen zwei auf die zu markierende Oberfläche - das Fussballfeld - vertikale Referenzebenen aufspannen, wobei die Referenzebenen zum Festlegen der Markierungslinien dienen - das Feld wird mittels der Sendeeinheit sozusagen optisch abgesteckt .
Der Markierwagen Wl weist eine Ausbringungseinheit Ia für Markiersubstanz auf, sowie ein - nicht dargestelltes
Markiersubstanz-Reservoir. Durch einen Auslass der Ausbringungseinheit Ia wird die Substanz auf das Feld ausgelassen. Die Ausbildung der Ausbringungseinheit Ia ist erfindungsgemäss derart, dass ihre Lage und damit die Lage des Auslasses definiert einstellbar ist. Die Einstellung erfolgt nach Anweisungen einer erfindungsgemässen Ausbringungssteuereinheit .
Diese Ausbringungssteuereinheit umfasst einen Strahlungssensor 2 zum Empfang des jeweiligen Referenzsignals, sodass über die empfangene Signalposition auf dem Strahlungssensor 2 dessen relative Lage und daraus abgeleitet die Position des Markierwagens relativ zur entsprechenden Referenzebene feststellbar ist. Hierbei sind die Ausbringungssteuereinheit und der Strahlungssensor 2 auf dem Markierwagen Wl anbringbar und werden mit diesem und der Ausbringungseinheit Ia mitbewegt, so dass die Sensorfläche des Strahlungssensors 2 so bewegt wird, dass diese stets den Leitstrahl erfasst und sich an diesem entlang tastet. Weiters
ist der Ausbringungssteuereinheit ein zweiachsiger Neigungssensor 6 zum Feststellen zweier Neigungswinkel der Ausbringungseinheit zugeordnet. Strahlungssensor 2 und Neigungssensor 6 sind mit der Ausbringungseinheit Ia fest verbunden. Damit kann aus einer Verknüpfung der Sensorsignale die Lage des Strahlungssensors 2 bzw. der zugeordneten Ausbringungseinheit relativ zur Referenzebene bestimmt werden. Bei Feststellen einer Abweichung von der durch die Referenzebene vorgegebenen Lage stellt die erfindungsgemässe Ausbringungssteuereinheit entsprechende Steueranweisungen für die Ausbringungseinheit Ia bereit. Diese Steueranweisungen können gegebenenfalls ein Anhalten des Markiervorgangs bewirken. Insbesondere erfolgt über die Steueranweisungen aber eine Lagekorrektur der Ausbringungseinheit Ia. Damit ist ein schnelles und sehr genaues Markieren des Sportfeldes möglich.
In Figur IB ist ein Markierfahrzeug W2 wiederum beim Erzeugen bodengebundener Markierungen M' dargestellt. Das Fahrzeug ist zum Führen durch eine Bedienperson ausgebildet. Weiters ist am Fahrzeug ein Anzeigemodul 7 mit mehreren Anzeigelampen 7' angeordnet. Drei Anzeigelampen 1' sind zur Anzeige der Position der Ausbringungseinheit Ib für Markiersubstanz relativ zu von einem Lasersender L2 emittierter Laserstrahlung ausgebildet, zwei Anzeigelampen 7' zur Anzeige der Orientierung der Ausbringungseinheit Ib relativ zur Laserstrahlung. Die Position gegenüber den Laserstrahlen wird mittels eines Laserempfängers erfasst, Werte zur Orientierungsbestimmung mittels eines Neigungsindikators. Laserempfänger und Neigungsindikator sind in einem gemeinsamen Gehäuse G untergebracht und auf einer Verbindungskomponente V zwischen Markierfahrzeug W2 und Ausbringungseinheit Ib angebracht .
- -
Die Vorgabe der zu markierenden Linien erfolgt mittels des Lasersenders L2. Dieser ist wiederum in der Ecke eines Feldes angeordnet und legt anhand der in zwei Referenzsignale RS'', RS''' aufgespaltenen Laserstrahlung zwei Referenzebenen fest. Die Strahlungsemission erfolgt unter einem vordefinierten Winkel - hier 90°. Weiters ist am dem Lasersender L2 gegenüberliegenden Ende des Feldes eine Reflektoreinheit R angeordnet. Die Reflektoreinheit R ist zum korrekten Ausrichten des Lasersenders L2 vor Beginn der Markierungsarbeiten verwendbar. Eine alternative bzw. zusätzliche Verwendungsmöglichkeit von Reflektoreinheiten stellt - mit entsprechender Ausbildung und Anordnung - der Einsatz derselben zum optischen „Abstecken" des gesamten Feldes dar. Mit ausrichtbaren Reflektoreinheiten können so verschiedenste Linien und/oder Flächen abgesteckt und mit einem Markiergerät abgefahren werden.
Die Führung des Markierfahrzeugs W2 erfolgt an den Referenzsignalen RS' ' , RS' ' ' und der optische Verbindung über den Laserempfänger - derselben zum Fahrzeug. Zur Markierung einer Linie muss das Markierfahrzeug W2 so geführt werden, dass der Laserempfänger die Signale empfangen kann. Die Markierungslinie und die durch das Signal festgelegte Linie bzw. Ebene sind aufgrund der versetzten Anordnung von Empfänger und Auslass nicht deckungsgleich. Anhand der Ausgaben von Laserempfänger und Neigungsindikator werden der Bedienperson Abweichungen der Lage der Ausbringungseinheit Ib von einer durch die Referenzebenen, welche Referenzebenen anhand der Referenzsignale RS'', RS''' festgelegt sind, vorgegebenen Lage angezeigt. Die Bedienperson kann dann die entsprechenden Korrekturen durchführen, bzw. es können Korrekturen natürlich auch über eine automatische Steuerung erfolgen.
Figur 2A zeigt die Darstellung einer Lasersendeeinheit L3 zur Erzeugung von Referenzstrahlen/Leitstrahlen LS als Referenzsignale. Mittels der Lasersendeeinheit L3 werden zwei - jeweils eine Referenzebene aufspannende - Leitstrahlenbündel unter einem vordefinierten Winkel - hier 90° - emittiert. Die Lasersendeeinheit L3 weist eine gegenüber der Markier- Oberfläche festlegbare Basisplatte B auf. Die Basisplatte B selbst kann zur Grobjustierung bezüglich der Oberfläche verstellbar ausgebildet sein. Auf der Basisplatte B ist eine Laserdiode, mit Strahlführungsmitteln zur Emission der Leitstrahlung verstellbar angeordnet. Die emittierte Strahlung weist einen asymmetrischen, hier elliptischen, Strahlquerschnitt auf.
In Figur 2B ist wiederum die Darstellung einer Sendeeinheit L4 bei der Emission elektromagnetischer Strahlung als Leitstrahlen gezeigt. Die Leitstrahlen legen eine fächerförmige Referenzebene RE fest. Mittel zum Erfassen der Orientierung der Ausbringungssteuereinheit leiten die Orientierung oder Stellung eines Laserdetektors 2' als Strahlungssensor relativ zur Referenzebene RE ab. Mittels einer erfindungsgemässen Ausbringungssteuereinheit mit Laserdetektor 2' und Neigungssensor 6' wird somit über die Bestimmung der Lage des Laserdetektors 2' gegenüber der Referenzebene RE auch die relative Position einer Ausbringungseinheit Ic für Markiersubstanz sowie die Neigung um die Längs- und Querachse LA, QA der Ebene ermittelt. Entsprechend der festgestellten Relativlage der Ausbringungseinheit Ic werden von der Ausbringungssteuereinheit Steueranweisungen zur Lageeinstellung der Ausbringungseinheit Ic generiert, wobei die Lage anhand einer Aktuatorvorrichtung 8 entsprechend verstellbar ist.
— -
Figur 3A zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Markierwagens W3 mit vorderseitig am Wagen angeordneter Ausbringungseinheit Id für Markiersubstanz, wobei die Anordnung lageverstellbar auf einer Schiene S am Wagen ausgeführt ist. Durch eine öffnung der Ausbringungseinheit Id wird die Substanz auf eine Bearbeitungsfläche ausgelassen. Mit der Ausbringungseinheit Id ist ein Sensor für elektromagnetische Strahlung einer erfindungsgemässen Ausbringungssteuereinheit fest verbunden. Als Sensor ist eine räumliche Anordnung von Lasersensoren 5 eingesetzt, mittels welcher räumlichen Anordnung von Sensoren ein Referenzsignal detektiert und die Lage der Ausbringungseinheit Ic relativ zu der durch das Referenzsignal definierten Referenzebene bestimmt werden kann. Festgestellte Lageabweichungen von der Referenzebene sind durch entsprechende Verstellung der Ausbringungseinheit Id und damit der öffnung kompensierbar. Die Verstellung umfasst dabei die Möglichkeiten der Verschiebung quer zur Fahrtrichtung sowie der Verkippung der Ausbringungseinheit Id um eine Längs- und eine Querachse. Die Verstellungen zur Kompensation von Lageabweichungen sind anhand mechanischer Komponenten manuell oder anhand elektronischer Komponenten automatisiert durchführbar.
Figur 3B zeigt in Draufsicht ein zweites Ausführungsbeispiel eines Markierwagens W4 mit am Trägerwagen T vorderseitig angebrachter Ausbringungseinheit Ie. Der Wagen ist mit einer erfindungsgemässen Ausbringungssteuereinheit ausgestattet. Handelsübliche „Basis-Fahrzeuge" können beispielsweise mit verstellbarer erfindungsgemässer Ausbringungseinheit und erfindungsgemässer Ausbringungssteuereinheit aufgerüstet werden. Der Ausbringungssteuereinheit sind ein Positions- und ein Neigungsmesser zugeordnet. Der Positionsmesser ist als lineare Anordnung von Photodioden 3 - Diodenzeile ausgebildet, der Neigungsmesser als schwerkraftgesteuerter
zweiachsiger Neigungssensor 6' . Angeordnet sind Positions- und Neigungsmesser auf der Ausbringungseinheit Ie des Wagens. Eine Neigung derselben gegenüber einer festgelegten Referenzebene um eine Längsachse (Achse in Fahrtrichtung) und eine dazu senkrechte Querachse ist mittels des Neigungssensors 6' bestimmbar. Der Positionsmesser ermittelt wiederum die Position der Ausbringungseinheit gegenüber der Referenzebene. Von der Ausbringungssteuereinheit erfasste Abweichungen von - durch die Referenzebene definierten - Sollwerten für die Position und Orientierung der Ausbringungseinheit Ie werden kompensiert, indem die Ausbringungseinheit Ie in Position und Orientierung entsprechend verstellt wird. Eine seitliche Lateralbewegung der Einheit wird hierbei über eine Führung F am Markierwagen W4 ermöglicht, eine Winkeleinstellung der Einheit ist anhand einer nicht dargestellten Gelenk-Kopplung durchführbar. Wird ein - zuvor festgelegter - Grenzwert für die jeweilige Abweichung erreicht, erfolgen eine Erkennung mittels der Ausbringungssteuereinheit, sowie ein Steuerbefehl zum Anhalten des Markiervorgangs. Der Steuerbefehl kann - z.B. mit Hilfe entsprechender Elektronik - ein automatisches sofortiges Anhalten der Markierung, beispielsweise durch automatisches Anhalten einer Pumpe, bewirken, oder aber die Weitergabe der Information an eine Bedienperson, die dann die weiteren Massnahmen trifft.
In Figur 3C ist eine Anzeigevorrichtung 9 für ein erfindungsgemässes Markiergerät dargestellt. Drei Anzeigelampen visualisieren Positionsstellungen der Ausbringungseinheit für Markiersubstanz des Geräts. Leuchtet die mittlere Lampe 9a - beispielsweise grün - so befindet sich die Ausbringungseinheit in der vorgesehenen Position. Das Aufleuchten der rechten oder linken Lampe 9b, 9c - z.B. gelb - indiziert eine Abweichung nach rechts oder links von der vorgesehenen Position. Für Einstellungen des Geräts ist der
- -
erste Schalter 10 vorgesehen - damit sind beispielsweise Funktionen wie automatischer Betrieb, Parkstellung oder Reinigungsstellung für das Gerät wählbar. Mit dem zweiten Schalter 10' ist eine Pumpe zum Transport der Markiersubstanz ein- und ausschaltbar. In dieser Ausführungsform ist eine Anzeigevorrichtung mit drei Positions-Anzeigelampen gezeigt. Vorzugsweise sind ebenfalls Indikatoren zum Anzeigen der Orientierung der Ausbringungseinheit auf einer Anzeigevorrichtung vorsehbar. Diese Ausführungsform der Anzeigevorrichtung 9 ist rein beispielhaft.
In Figur 3D dargestellt ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Markierwagens W5 mit seitlich am Wagen angeordneter erfindungsgemässer Ausbringungseinheit If und erfindungs- gemässer Ausbringungssteuereinheit. Ausbringungseinheit If und -Steuereinheit sind so ausgebildet, dass sie einfach an den Wagen anschliessbar sind. So können diese Teile auch als Module für handelsübliche Geräte bereitgestellt werden. Die Ausbringungssteuereinheit weist folgende Komponenten auf: einen CCD-Flächenarray 4 als optischen Detektor und einen Neigungssensor 6' ' , welche mit der Ausbringungseinheit If verbunden sind, eine Aktuatorvorrichtung 8' zur Lageeinstellung der Ausbringungseinheit If, sowie ein Gehäuse mit einer Elektronik E zur Verarbeitung der Detektor- /Sensorausgaben und Bereitstellung von Anweisungen zur Steuerung der Lageeinstellung der Ausbringungseinheit If. Der Neigungssensor 6' ' ist direkt über dem Auslass der Ausbringungseinheit If angeordnet. CCD-Flächenarray 4 und Neigungssensor 6' ' dienen - analog zu obigen Ausführungen - der Relativlage-Bestimmung. Mittels der Elektronik werden erfasste Lagewerte in Bezug auf Referenzwerte ausgewertet und gegebenenfalls Kompensationswerte ermittelt und bereitgestellt. Im Falle von Abweichungen der Lagewerte von den Referenzwerten erfolgt über die Elektronik E und die
- -
Aktuatorvorrichtung 8' eine Lageveränderung der Ausbringungseinheit If anhand der Kompensationswerte. Gegebenenfalls erfolgt auch ein Anhalten - und Wiederaufnehmen - des Markiervorgangs. Mit dem Ausrichten des Markierwagens W5 beim Markieren von Oberflächen an einer vordefinierten Referenzebene ist somit der Markiervorgang mit hoher Genauigkeit automatisiert durchführbar.
Der als drittes Ausführungsbeispiel in Figur 3E dargestellte Markierwagen W6 aus Figur 3E weist ebenfalls einen seitlichen Auslass für Markiersubstanz auf. Mit dem möglichst nahe am Auslass angeordneten dreidimensionalen CCD 5' sind Positionsund Orientierungs-Parameter gegenüber einer optischen Referenzebene bestimmbar. Vorteilhaft kann für eine derartige Ausführung des Markierwagens W6 eine geneigte Ebene als Referenzebene bereitgestellt werden. Der Auslass ist über ein schieb- und kippbar gelagertes Verbindungselement V der Ausbringungseinheit Ig lageverstellbar. Der Markierwagen W6 ist weiters mit einem Radsensor S zur Bereitstellung von Messwerten zur Kontrolle und Steuerung der Fahrgeschwindigkeit ausgestattet .
Figur 4A zeigt die Darstellung gekoppelter Komponenten einer erfindungsgemässen Ausbringungssteuereinheit. Eine Ausbringungseinheit Ih für Markiersubstanz ist mittels einer Aktuatorvorrichtung 8'' lageverstellbar ausgeführt. Die Aktuatorvorrichtung 8'' umfasst ein Vierkantrohr 11 und eine im Vierkantrohr 11 gelagerte Linearachse 12, wobei die Linearachse 12 über einen Motor seitlich verschiebbar ist. Der Motor ist in einem Gehäuse G' untergebracht, in welchem sich ausserdem noch mehrere elektronische Komponenten befinden. Weiters umfasst die Aktuatorvorrichtung 8'' eine gelenkige Kopplung 13, welche eine definierte Einstellung der Ausbringungseinheit um eine Längs- und Querachse LA', QA'
- -
ermöglicht. Eine - hier auf der Linearachse 12 angeordnete - zweidimensionale Anordnung photosensitiver Bereiche 4' als Strahlungsdetektor stellt ein Signal bezüglich einer Relativposition der mit der Linearachse 12 fest verbundenen Ausbringungseinheit Ih bereit. Mittels eines auf der Ausbringungseinheit Ih angebrachten Neigungssensors 6' ' ' ist eine Relativ-Orientierung der Ausbringungseinheit Ih feststellbar. Mittels der elektronischen Komponenten der Ausbringungssteuereinheit werden die erfassten Positions- und Orientierungssignale verarbeitet und entsprechende Steueranweisungen aus- oder weitergegeben. So wird bei Feststellen von Abweichungen der Ausbringungseinheit Ih aus einer vorgegebenen Lage die Aktuatorvorrichtung 8'' derart gesteuert, dass die Lageabweichungen kompensiert werden.
In Figur 4B ist ein Schnitt durch eine Ausbringungseinheit Ii mit Aktuatorvorrichtung 8''' dargestellt. In einem Vierkantrohr 11' der Aktuatorvorrichtung 8' ' ' befindet sich ein Längslager 14 mit Zahnstangen-Antrieb. Mittels des Zahnstangen-Antriebs ist eine Linearachse 12' der Aktuatorvorrichtung 8' ' ' verschiebbar. Ein Gelenk 13' mit zwei rotatorischen Freiheitsgraden ermöglicht die Orientierungseinstellung der Ausbringungseinheit Ii. Weiters weist die Aktuatorvorrichtung 8''' hier ein Element 15 zum Halten der Ausbringungseinheit Ii in einer Parkposition. In der obersten Ansicht befindet sich die Ausbringungseinheit Ii mittels des Elements in der Parkposition. In der mittleren Ansicht ist die Ausbringungseinheit Ii in aktiver Stellung zum Markieren dargestellt. Die unterste Ansicht zeigt Linearachse 12' und Ausbringungseinheit Ii in ausgefahrener Stellung, die beispielsweise zur Kompensation einer festgestellten Abweichung von einer vorgegebenen Position eingenommen wird.
- -
Figur 5 zeigt eine skizzenhafte Darstellung geometrischer Beziehungen zwischen einer Detektoreinheit 16, einer Ausbringungseinheit Ij, Referenzlinie RL und Markierlinie ML, wobei zur Funktion der jeweiligen Elemente auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Durch eine definierte geometrische Anordnung ist die relative Lage von Detektoreinheit 16 und Ausbringungseinheit Ij bekannt. Die Detektoreinheit 16 ist hier zur Positions- und Orientierungsbestimmung der Ausbringungseinheit Ij ausgebildet. Eine - nicht dargestellte - Sendeeinheit legt indirekt die mittels der Ausbringungseinheit Ij zu markierende Markierlinie ML fest, indem durch - von der Sendeeinheit - emittierte Strahlung eine Referenzlinie RL in einer Distanz D von der gewünschten Markierungslinie ML erzeugt wird. Trifft die Strahlung die Detektoreinheit 16 im Wesentlichen senkrecht in einem Bezugspunkt BP, so sind Detektoreinheit 16 und Ausbringungseinheit Ij korrekt positioniert und ausgerichtet und ein Auslasspunkt AP der Ausbringungseinheit Ij befindet sich exakt - senkrecht - über der Markierlinie ML. Der Abstand zwischen einer Projektion des Bezugspunktes BP und einer Projektion des Auslasspunktes AP auf die zu markierende Oberfläche entspricht dann der Distanz D. Der Abstand der projizierten Punkte entspricht jedoch nicht mehr der Distanz D, wenn sich die Orientierung der Detektoreinheit 16 - und der Ausbringungseinheit Ij - gegenüber der Referenzlinie RL verändert, was eine Nicht-übereinstimmung des projizierten Auslasspunktes AP mit der Markierlinie ML - also eine fehlerhafte Markierung - impliziert. Zur Kompensation von änderungen des Projektionsabstandes werden anhand der mittels der Detektoreinheit 16 festgestellten Abweichungen Kompensationswerte, beispielsweise zur Winkelkompensation, ermittelt. Ebenso werden bei Positionsabweichungen des Bezugspunktes BP von der Referenzlinie RL - die sich bemerkbar
- -
machen, indem die Strahlung nicht mehr den Bezugspunkt BP trifft, Kompensationswerte bereitgestellt.
Die Figuren 6A bis 6D zeigen vier Ausführungsbeispiele von Strahlungssensoren einer erfindungsgemässen
Ausbringungssteuereinheit, wobei die schwarzen Flächen jeweils ein auf dem jeweiligen Strahlungssensor abgebildetes
Referenzsignal darstellen. Die jeweiligen Abbildungen geben ein der Grosse bzw. der Form sowie der Intensität des abgebildeten Referenzsignals entsprechendes Signal ab.
Im ersten Ausführungsbeispiel aus Figur 6A ist der Strahlungssensor als CCD-Flächensensor 4a ausgebildet. Anhand der Abbildung eines mittels elektromagnetischer Strahlung erzeugten Referenzsignals auf dem CCD-Flächensensor 4a ist erkennbar, dass die Sensorfläche senkrecht auf das zentrische Referenzsignal ausgerichtet ist.
In Figur 6B dagegen ist in einem zweiten Ausführungsbeispiel die Referenzsignal-Abbildung auf dem als CCD-Sensor 4b ausgebildeten Strahlungssensors aus ihrer zentrischen Lage gewandert, die Sensorfläche ist also gegen die Referenzsignal- Achse geneigt. Eine solche Abbildung des Signals wird beispielsweise dann erhalten, wenn der Sensor bzw. die Ausbringungssteuereinheit - in Referenz zu den obigen Ausführungen - quer zur Fahrtrichtung geneigt ist.
Figur 6C zeigt den Strahlungssensor in einem dritten Ausführungsbeispiel als Anordnung zweier CCD- Zeilensensoren 3a, 3b. Das Bild des Referenzsignals deutet auf eine korrekte Relativlage von Strahlungssensor und Referenzsignal hin.
- -
Das vierte Ausführungsbeispiel aus Figur 6D stellt einen als Anordnung zweier matrizenförmiger CCD' s 4c, 4d ausgebildeten Strahlungsdetektor dar. Die beiden CCD' s 4c, 4d sind mit einem Zwischenraum in zwei Ebenen angeordnet. Mit einer derartigen räumlichen Anordnung ist sowohl eine Neigung der CCD' s 4c, 4d - und der Ausbringungssteuereinheit - quer zur Fahrtrichtung als auch in Fahrtrichtung erfassbar. Die Grosse der Neigung ist beispielsweise anhand von Parametern wie Lichtintensität oder Exzentrizität der Position der Abbildung auf den CCD' s 4c, 4d ermittelbar. Ebenso ist es möglich, die Neigung anhand einer zuvor vorgängig durchgeführten Kalibrierung zu bestimmen.