专利名称：将部件插入地面内形成结构的装置的导引方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导引方法，用来导引设计成可将部件插入地面内的装置以形成一种结构；具体涉及到这样一种导引方法，用来导引专利申请EP0803609所述的这种用以插入基板以形成铁路钢轨的装置，此种装置能将基板在精确到小于1mm的范围内于给定位置处插入混凝土内。本发明还涉及用来实施此种导引方法将部件插入地面内的装置。
从专利文献EP0803609已知有用来将基板插入混凝土内，快速和低成本地制成铁路钢轨的装置。但是为了提高效率，这样的基板插入装置要求此插入装置本身能精确地定位，以便使各个基板获得准确的位置。当前，这种插入装置是与现场导轨结合使用，这种导轨是事先沿着铁路钢轨要遵循的路径，相对于固定参考物根据测量的确定而安装好的，用作基板插入装置定位的基准。
但是这种将现场导轨沿铁路钢轨路径作布设的先有技术有着冗长和费时的缺点，因而显著地放慢了铁路钢轨的铺设。此外，为了使插入装置在定位中获得良好的精度，就需要使支承此现场导轨的地面适当地稳定化，以防此导轨在由此插入装置用来确定其位置的支承点的压力下运动。此外，在这样一种现场一般进行的此项工作还有可能偶然移动导轨的。
于是本发明的目的为克服上述缺点而提供这样的导引方法，它能使用以将部件插入地面的插入装置精确和快速地定位，而这种方法能简便地实施并且是低成本的。
为此目的，本发明提供了导引设计成将部件插入地面以构成一种结构的装置的导引方法，此方法的特征在于它包括下述步骤确立地形点并确定这些点在X、Y、Z参考坐标架中的坐标；于所述结构的邻区设置一测量站，相对于一或多个地形(topographical)点测定此测量站的X、Y、Z位置。
借助此测量站测定用来将部件插入地面的插入装置和此测量站之间的距离与厚度；通过此测量的距离与测量的厚度以及此测量站的已知位置来计算插入装置的位置；移动此插入装置，使得所述部件在插入轴线上与其拟插入到地面内的给定位置处准直。
在具体的实施形式中，本发明的导向方法可以包括一或多个下述特征的单独形式或任何技术上可行的组合形式；所述测量站包括借助激光器与所述插入装置所盛载的反射器相配合的光学测量方法；在沿所述结构分布的各基准点上进行了测量，而且随着插入装置的行进，使测量站移过借助此测量站可使获得的计算精度最大的测量点。
两个相续测量点间的距离为50～100m，以便能在测量插入地面的部件的位置中获得1mm范围内的精度。
此插入装置的位移由连接到机载计算机上的机载控制器控制，在每一瞬间通过测量站作为距离与取向数据的函数传递给此计算机，以使由插入装置支承的部件在插入轴线与坐标存储于计算机存储器中的给定位置基本准直；所述插入装置包括支承上述部件的臂，此臂受驱动沿着三条相互正交的轴线平移与转动，此臂的运动受到计算机控制，能使上述部件在插入轴线上与给定位置精确地准直；所述结构是铁路钢轨，而所述部件是设计用来支承轨道的基板，此基板在混凝土板固化之前插入其中。
本发明还提供了用来将至少一个部件插入地面内的插入装置，此装置实施上述的导引方法，而其特征在于，它包括有至少一个反射器，设计成能反射测量站的排出物，同时能精确地测定反射器与测量站之间的距离与角度。
在特殊的实施例中，本发明的用于将部件插入地面内的插入装置可以包括一或多个下述特征的单独形式或任何技术上可行的组合形式此装置包括可在三个相互正交的轴线上受驱平移与转动的臂，此臂支承着拟插入到地面内的部件且包括能由测量站获知此臂与部件的三维位置的反射器；此装置包括可组成一能自主运动的车辆的驱动和/或转向轮或是履带式行进装置，车辆的底盘上装配有反射器；车辆包括计算机，接收来自测量站的数据并计算车辆与臂的位置，计算机发送信号给控制器，用以控制车辆与臂的位移，以使所述部件能在预定位置插入地面内；所述部件是设计用来支承钢轨的基板，所述基板在混凝土板固化之前插入其内。
通过阅读下面以非限制性例子给出的本发明实施例的描述，同时参考附图，将可更好地理解本发明的目的、特性与优点，附图中
图1以示意性剖面图表明采用先有技术的导引方法，插入用来支承钢轨的基板的插入装置；图2是采用本发明一特殊实施例的导引方法用来插入基板的插入装置的透视图；图3是图2中的基板插入装置在弯曲时从上方观察的示意图；图4是图2中的基板插入装置的铰接臂的详图；图5例示可用来制造铁路钢轨的基板。
为便于理解附图，其中只示明了为理解本发明必需的部件。
图1示明先有技术的用来运送被导引就位的基板插入装置的车辆11，此装置在混凝土固化之前处于钢轨的混凝土板10的上方。在图1中，用来将基板沿铁路钢轨路经插入的车辆11，是由两个设在混凝土板10两侧用作使车辆11定位的基准的现场导轨12所导引。基板插入用车辆11上装配有用来将它保持于导轨12上的轮13，此轮抵靠到导轨12的一端面，以两个保持轮13于侧向支承于此第二导轨12上，能使车辆11定位于垂直插入轴线2的X、Y平面中。
上述导引方法的缺点是需要事先将现场导轨铺设就位，在冗长而又细致的作业中将会显著地减慢铁路钢轨的铺设进度。
图2与3示明用于插入基板2的插入装置1，此装置通过具体实施本发明的导引方法沿铁路钢轨的路径导引。
图2中，用于插入基板2的插入装置由安装在四个轮上的车辆1组成，这四个轮中的两个是转向轮而另两个是驱动轮，能使车辆1自主地沿给定方向移动。车辆1的背面装配有臂5，它可驱动沿三个正交轴线X、Y与Z平移与转动，且设有能使其精确移动的机构。
臂5本身详示于图4中，大致呈H形，在其底部上支承两个致动器6，它们各载有基板2用以插入两端固定的新浇注的混凝土板内，两块基板2由臂5保持成相互分开一段相当于待安装的钢轨轨距的距离，臂5上装配有两个角度指示器(未图示)经常地测量臂5相对于轴X与Y的取向。
基板2中的一个示明于图5中，它们属常规的类型，包括由刚性材料例如铸铁制的板件21和两个保持装置22，每个保持装置包括一螺纹杆，借助螺母可将钢轨固定到基板2上，基板2还包括两个大致是圆柱形的地脚螺栓23，以在上述混凝土固化时使基板牢牢地保持于混凝土板10内。
图4中，臂5的背面上设有三个反射器7，设计成能与安装在拟铺设的铁路钢轨旁侧的测量站3配合工作。在车辆1的顶棚上也安装一反射器7。
设于铁路钢轨路径旁侧的测量站3安装在测量点8垂直上方的三角架上。测量站3包括的测距激光器装置装配有光发射器和光接收器，能非常精确地测定测量站与臂5所载的这组反射器7间的距离与角度，所用的测距激光器装置例如是在牌号TC/TCA 2003 FLeica公司出售的这种装置。
测量站3还设有无线电发射机9，它将测距激光器装置每一瞬间的测量结果发送给车辆1携载的接收器30。车辆1凹接收器30连接一台由此车辆1载运的计算机31，计算机31根据测量站3发送的信息和已知的测量点8的位置，计算出臂5精确的三维(3D)位置，计算机31连接一控制着臂5与致动器6两者移动的控制器(未图示)，此控制器还控制着可使车辆转向与移动马达。
下面说明用来导引基板插入装置的导引方法。
图3中，在插入基板2的步骤之前，沿铁路钢轨的路径按约50至100m的间隔相继地确定一批测量点，并由标志器将这些点标出。
在进行基板2插入的时日，将插入用车辆1带到混凝土板10业已新浇注但尚未固化的部分钢轨处。从车辆1的这一起始位置起，将测量站3最好设在能直接观察车辆1背面，特别是臂5的与车辆1的反射器的最近测量点8上。测量站3是以非常精确的方式定位到点8之上，即将测量站3设于点8的垂直上方，借助一根杆测量此测量站与点8间的垂直距离来测定测量站3的X、Y、Z坐标，在本发明的方法的另一种实施形式中，可将测量站3交替地设在铁路钢轨附近能直接观察上述反射器的任何点处，然后用此测量站来观察各个已知的测量点并根据所测角度与距离来测定测量站的精确位置，由此来测定测量站3的X、Y、Z坐标。
一旦得知测量站3的位置，即将测距激光器装置指向车辆1的背面，使之能测量它本身与各反射器7特别是与设在车辆1顶棚上的反射器7之间的距离与角度。
测量结果立即由无线电发射机9发送给车辆1的机载计算机31，此计算机即根据测量站3所发送的数据及其已知位置，计算车辆1的精确的三维(3D)位置。
由于基板2拟插入处的点的精确坐标业已预先存储于计算机31的存储器中，此计算机31便根据所述的点与由此站测得的车辆1的位置，计算臂5与下一个基板2将插入的位置之间的距离，然后使臂置于一静止位置，此臂由此静止位置可以移动若干cm并具有六个自由度。根据这一距离，计算机31发送信号给控制器，此控制器控制驱动轮与转向轮，使车辆1沿钢轨的轴线移动到直至稳定地保持于其静止位置的铰接臂5基本上到达基板2计算出的拟插入的点处。自然，考虑到车辆1的传动系统中存在的间隙，车辆1相对于钢轨的定位因而不会是非常精确的，具体地说，精确到约1cm的范围内。
一旦车辆1停止于所述位置中，计算机31便根据测量站3传送的数据来验证臂5的3D位置，然后发送信号给控制器以控制铰接臂5在六个自由轴线运动，从而将臂5携带的基板2带到与基板2的理想插入点相对准的位置，并以极其良好的精度做到这点。此时起动致动器6，依照专利申请EP0803609所述的方法，将基板2插入软的混凝土10中。
在插入了两块基板2后，使臂5返回至其静止位置，再由计算机31搜索随后新基板2拟插入的点的坐标，用来将车辆1带到与所述新点对准位置处的导引方法则与前述的类似，为了在导引基板插入用车辆1时保持充分的精度，以便在基板定位中获得1mm范围内的精度，使测量站3规则地改变到最接近车辆1的测量点8，而此测量点可直接观察这种反射器7。
这种导向方法的优点是能快速操作并可由低的成本实施，只要求每50至100m设置测量点并在插入基板的时日设置测量站。此外，这种导引方向具有不需在基本插入装置与所用参考坐标架采用直接接触的优点，这样，基板插入装置便不会对参考坐标架产生物理应力。
自然，本发明不限于上面所描述和所图示的只是以举例形式给出的上面的例子描述了将基板插入混凝土板内的插入装置，但是本发明的导引方法则可以同样良好地用来导引插入装置来插入形成一结构所需的任何部件。
在未示明的变形实施例中，此插入装置可以装备上履带式行进装置而不用车轮，或是装备上可使插入装置移动的任何其他装置。
权利要求
1.一种用来导引装置(1)的导引方法，该装置(1)设计成将部件(2)插入地面内以形成一种结构，此方法的特征在于包括下述步骤确立地形点(8)同时测定这些点(8)在X、Y、Z参考坐标架中的坐标；将测量站(3)置于上述结构的邻区，并相对于一或多个地形点(8)测定所述测量站(3)的X、Y、Z位置；通过所述测量站(3)测定上述插入装置(1)与测量站(3)之间的距离与角度；据此所测量的距离和此测量站(3)的已知位置计算装置(1)的位置；移动插入装置(1)，使所述部件(2)在插入轴线上与此部件拟插入到地面处的给定位置对准。
2.根据权利要求1所述的用来导引插入装置(1)的导引方法，此方法的特征在于，所述测量站(3)包括应用激光器与由部件(2)的插入装置(1)所载盛的反射器7相配合光学测量方法。
3.根据权利要求1或2所述的用来导引插入装置(1)的导引方法，此方法的特征在于，在沿所述结构分布的各个参考点(8)处进行了测量，同时随着插入装置(1)的推进，测量站(3)则移过能使测量站(3)获得的计算精度最大化的测量点(8)。
4.根据权利要求3所述的用来导引插入装置(1)的导引方法，此方法的特征在于，两个相续测量点之间的距离在50至100m的范围内，由此可使部件(2)位置的测量精度在小于1mm的限度内。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的用来导引插入装置(1)的导引方法，此方法的特征在于，所述插入装置(1)的位移由连接到机载计算机(31)的机载控制器，作为在每一瞬间由测量站(3)传送给计算机(31)的距离与取向数据的函数进行控制，使得由插入装置(1)支承的部件(2)能在插入轴线上与坐标存储于计算机(31)中的已给位置基本对准。
6.根据权利要求1所述的用来导引插入装置(1)的导引方法，此方法的特征在于，所述插入装置(1)包括支承前述部件(2)的臂(5)，此臂(5)则可受驱而沿三条两两正交的轴线平移与转动，臂(5)的这种运动由计算机(31)控制，从而可使部件(2)在插入轴线上与给定的位置精确地对准。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的用来导引插入装置(1)的导引方法，此方法的特征在于，所述结构是铁路钢轨，所述部件(2)是设计用来支承轨道的基板(2)，而所述基板(2)插混凝土板(10)固化前插入其中。
8.一种用于将至少一个部件(2)插入地面内的插入装置(1)，此装置可实施权利要求1～7中任一项所述的导引方法，其特征在于，此装置包括受驱可沿三条两两正交的轴线上平移与转动的臂(5)，臂(5)支承着拟插入地面内的部件(2)且包括反射器(7)，此种反射器能借助测量站(3)获知臂(5)与部件(2)的三维位置。
9.根据权利要求8所述的插入装置(1)，其特征在于，它包括驱动轮和/或转向轮或是履带式行进装置以组成可自主运动的车辆(1)，车辆(1)的底盘上装配有反射器(7)。
10.根据权利要求8或9所述的插入装置(1)，其特征在于它包括计算机(31)以接收来自测量站(3)的数据并计算车辆(1)的与臂(5)的位置同时发送信号给控制器来控制车辆(1)与臂(5)的位移，得以使部件(2)于预定的位置处插入地面。
11.根据权利要求8～10中后一项所述的插入装置，其特征在于，部件(2)是用来支承轨道的基板，基板(2)则在混凝土板(10)固化前插入其中。
全文摘要
导引设计成将部件(2)插入地面内以构成一种结构的装置(1)的方法,包括以下步骤:确立地形点(8)并测定其在XYZ参考坐标架中的坐标;将测量站(3)置于上述结构邻区并相对于一或多个点(8)测定站(3)的X、Y、Z位置;借助站(3)测定装置(1)与站(3)间的距离与角度;据此所测距离与站(3)的已知位置算出装置(1)的位置;移动装置(1)以使部件(2)在插入轴线上与该部件拟插入到地面处的给定的位置对准。
文档编号E01B35/02GK1336462SQ0112490
公开日2002年2月20日 申请日期2001年8月1日 优先权日2000年8月1日
发明者伊恩·罗伯逊, 吉恩·埃尔萨姆 申请人:阿尔斯托姆公司