AT414043B - Vorrichtung zum kuppeln eines selbstregistrierenden elektrooptischen zusatz-messgerätes mit einer selbstregistrierenden elektrooptischen totalstation - Google Patents

Description

2

AT 414 043 B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kuppeln eines selbstregistrierenden elektrooptischen Zusatz-Messgerätes mit einer selbstregistrierenden elektrooptischen Totalstation unter Massenausgleich. 5 Totalstationen mit zwei voneinander unabhängig operierenden koaxialen Distanzmesseinrichtungen sind seit einigen Jahren im Vermessungswesen verfügbar. Die zweite Distanzmesseinrichtung ist ein Entfernungsmesser, der sichtbares Laser-Licht emittiert und in der Lage ist, die Entfernung zu einem vom Strahl getroffenen Punkt zu ermitteln. Dabei genügt die Reflexion des Laserlichtes im Ziel und es bedarf nicht einer Reflexion mittels eines Reflektors. Dies wird als io reflektorloses oder kontaktfreies Messen bezeichnet. Auch wenn dieser Messmodus noch nicht unter allen Bedingungen (z.B. sonnenbeschienene Flächen; sehr dunkle, Licht absorbierende Oberflächen) gleich gut funktioniert, so ist doch der Vorteil erheblich, nicht jeden Messpunkt über einen Reflektor anzumessen, der in der Regel durch einen Mitarbeiter bedient werden muss. 15

Die Erfahrung zeigt jedoch, dass ein Austausch von alten, klassischen Totalstationen zu Gunsten dieses neuen, teuren Standards nicht vorgenommen wird. Bei Neuanschaffungen ist durchaus ein Trend in Richtung Dualmessmöglichkeit zu sehen, aber die alten, bewährten Geräte in gutem Zustand werden kaum ersetzt. 20

Die Entwicklung von Distanzmessgeräten, die als Zieldefinition eines Reflektors bedürfen und für das menschliche Auge unsichtbares Licht aussenden, ist so weit gediehen, dass die Notwendigkeit des Austausches eines solchen Gerätes gegen ein neueres und leistungsfähigeres eher ausgeschlossen werden kann. 25

Anders verhält es sich mit Messgeräten, die kontaktfrei (reflektorlos) eingesetzt werden. Hier steht die Entwicklung erst am Anfang, gleich ob es sich um das Messen statischer Situationen, dynamischer Abläufe, flächenhafter Abgreifungen oder dergl. handelt. Demgemäß besteht der Wunsch, einen Aufsatz auf Totalstationen als geeignete technische Lösung zum kombinierten 30 Einsatz immer neuer und, da wenige bis keine bewegten mechanischen Präzisionsbauteile enthalten sind, immer preiswerterer elektrooptischer Messeinrichtungen vorzusehen. Es können dann klassische, selbstregistrierende Totalstationen als Trägermechanik verwendet werden, und bei Bedarf können diese Totalstationen durch jeweilige Aufsätze ergänzt bzw. auch an die besonderen Aufgabenstellungen angepasst werden. 35

Aus der US 3 874 087 A (und ähnlich aus der EP 7 886 A) ist eine vermessungstechnische Einrichtung bekannt, bei der ein Entfernungsmessgerät mit in Seitenansicht U-förmiger Gestalt direkt auf das Fernrohr eines Theodoliten aufgeschoben wird, um ein insgesamt funktionierendes Messgerät zu erhalten. Dabei ist es notwendig, dass die Geräte exakt zueinander passen, 40 so dass der Benutzer an genau das vom Hersteller zur Verfügung gestellte Zusatz-Messgerät gebunden und keine Flexibilität des Systems gegeben ist.

Aus DE 196 04 018 A und DE 38 27 458 sind weiters auf einem elektronischen Theodoliten aufgesetzte Entfernungsmessgeräte bekannt, jedoch wird nichts Näheres über die Art der Be-45 festigung dieser Entfernungsmessgeräte oder aber über einen Massenausgleich angegeben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung wie eingangs angegeben vorzusehen, mit der ein Aufsatz von verschiedensten Zusatz-Messgeräten, je nach Bedarf, möglich ist, wobei die Montage einfach und rasch bewerkstelligt werden kann, und wobei im Betrieb auf unproblema-50 tische Weise ein Massenausgleich durchführbar ist.

Im Einzelnen soll so insbesondere ein Einsatz eines elektrooptischen Zusatz-Messgerätes zusammen mit einer selbstregistrierenden elektrooptischen Totalstation in der Form ermöglicht werden, dass das Zusatz-Messgerät mit dem Teleskop der Träger-Totalstation fest verbunden 55 ist und ein gemeinsamer vermessungstechnischer Einsatz über eine Rechner-Steuerung und 3

AT 414 043 B ein unlimitierter bidirektionaler Datenaustausch zwischen dem Rechner einerseits und dem wahlweise dem aufgesetzten Messgerät oder der Totalstation andererseits gewährleistet ist. Der mechanische Umbau am Teleskopelement der Totalstation soll die fixe Montage eines Aufsatz-Rahmens erlauben, ohne dass die umfassende Funktionsfähigkeit der Totalstation 5 ohne montierten Aufsatz beeinträchtigt wird. Der Rahmen soll das zusätzlich zum Einsatz kommende und gemeinsam mit ihm aufzusetzende Messgerät aufnehmen können, wobei sich nach der Montage des Aufsatzes mit dem Zusatz-Messgerät die Teleskopeinheit der Totalstation zufolge eines möglichen Massenausgleichs im indifferenten Gleichgewicht um die Horizontalachse befinden soll. Im Weiteren wird auch angestrebt, dass die Orientierung des Bezugssys-io tems (Orientierungsachse) des aufgesetzten Zusatz-Messgerätes zur Teleskopachse der Träger-Totalstation ohne vorab vorgenommene mechanische Justierarbeit ermittelt werden kann, und dass keine Kabelverbindung zwischen dem aufgesetzten Zusatz-Messgerät und dem Rechner die völlig freie Rotation der Totalstation um die Vertikalachse behindert, weil der Einbau einer Steckverbindungsmöglichkeit in der Alhidade (d.i. der um die Vertikalachse drehende 15 Bauteil der Totalstation) die Kabelverbindung zum aufzusetzenden Messgerät ermöglicht. Ferner soll die programmtechnische Steuerbarkeit der Totalstation und des aufgesetzten Zusatz-Messgerätes über einen Datentransfer mit einem Rechner gewährleistet sein, und Messergebnisse, die durch das aufgesetzte Zusatz-Messgerät gewonnen werden sollen, sollen unter Berücksichtigung der ermittelten Orientierung des Bezugssystems (Orientierungsachse) auf den 20 Schnittpunkt aller Achsen der Totalstation und der Teleskopachsenrichtung, also auf das interne Totalstationssystem, umgerechnet werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs angeführten Art ist gekennzeichnet durch einen mit der Totalstation verbundenen bzw. verbindbaren Rahmen zur unbeweglichen, jedoch 25 lösbaren Aufnahme des Zusatz-Messgerätes, welcher Rahmen eine Ausgleichsmasse an einem an ihm nach außen verlagerten, mit ihm um eine in der Betriebslage zumindest ungefähr horizontale Achse schwenkbar angebrachten Schenkel längs diesem verschiebbar trägt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. 30

So ist es insbesondere günstig, wenn zwei Ausgleichsmassen ungefähr symmetrisch zur durch die Achse der Totalstation definierten Vertikalebene an um eine zumindest ungefähr horizontale Achse schwenkbaren, nach außen verlagerten Schenkeln längs dieser Schenkel verschiebbar montiert sind. Dadurch kann eine ausgewogene Massen-Ausbalancierung erzielt werden. Zur 35 Einstellung und Fixierung des Balancezustandes ist es auch vorteilhaft, wenn der bzw. jeder Schenkel in seinem Schwenklager am Rahmen längsverstellbar geklemmt ist. Für eine einfache Fertigung und Montage ist es überdies von Vorteil, wenn der Rahmen einen den bzw. die Schenkel außen tragenden Brückenteil aufweist. Um aufwendige mechanische Justierungen, mit entsprechenden Justiermitteln, zu erübrigen, ist es ferner günstig, wenn der Rahmen das 40 Zusatz-Messgerät justierungsfrei an der Totalstation festlegt, wobei das Zusatz-Messgerät über die Totalstation elektronisch mit einem der Totalstation zugeordneten Rechner verbunden ist, der eingerichtet ist, die Position sowie die Ausrichtung der Orientierungsachse des Zusatz-Messgerätes in Relation zur Totalstation bei der Erfassung von Messwerten durch deren Umrechnung auf das durch die Position und Achs-Ausrichtung der Totalstation gegebene Bezugs-45 System, nach Ermittlung von Umrechnungsparametern durch Messen von Messpunkten, zu berücksichtigen, wobei der Rechner zur Ermittlung der Umrechnungsparameter einen im weiten Distanzmessbereich des Zusatz-Messgerätes in dessen Orientierungsachse gelegenen und gekennzeichneten Messpunkt sowie einen im nahen Distanzmessbereich des Zusatz-Messgerätes in dessen Orientierungsachse gelegenen und im fokussierbaren Bereich der so Totalstation gekennzeichneten Messpunkt über das Zusatz-Messgerät zumindest nach den Winkelpositionen der Totalstation und über die Totalstation nach Winkelposition und Entfernung bezogen auf die Totalstation registriert. Schließlich ist es zur Erzielung einer Datenverbindung ohne zusätzliche Kabel für das Zusatz-Messgerät mit einem Rechner, nämlich insbesondere PC, von Vorteil, wenn die Datenverbindung des Zusatz-Messgerätes mit dem Rechner durch 55 Durchschleifen an der Totalstation gebildet ist, wobei die Daten zwischen dem Zusatz- 4

AT 414 043 B

Messgerät und dem Rechner mit einer von der Datenübertragungs-Baudrate der Totalstation verschiedenen Baudrate übertragen werden und die Daten-Übtragungsanschlüsse des Zusatz-Messgerätes und der Totalstation parallel an den Rechner geschaltet sind. 5 Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird der vorstehenden Zielsetzung in vorteilhafter Weise entsprochen. Vor allem wird der Vorteil erreicht, dass der Aufsatz mit dem Zusatz-Messgerät mit wenigen Handgriffen aufgesetzt und abgenommen werden kann, und dass dann in effizienter Weise ein Ausbalancieren der Kräfte am Rahmen, d.h. ein Massenausgleich, ermöglicht wird, so dass das gewünschte indifferente Gleichgewicht der Teleskopeinheit der io Totalstation um die Horizontalachse sichergestellt werden kann. Mit Vorteil lässt sich so eine Einbindung eines selbstregistrierenden elektrooptischen Zusatz-Messgerätes in den Messabwicklungsprozess einer selbstregistrierenden elektrooptischen Totalstation unter PC-Steuerung erreichen. 15 Bisher galt eine klassische Totalstation als nicht erweiterbar - tatsächlich sieht sie keine Erweiterungsmöglichkeiten vor. Dass eine solche Erweiterung doch möglich ist, ist Verdienst dieser Erfindung.

Dabei bietet diese Erweiterung tatsächlich noch physikalische Vorteile: Bereiche nahe dem 20 Nadir (nahe dem Fußpunkt) lassen sich erfassen, und die durch eine koaxiale Messeinrichtung belastete Lichtstärke des Teleskops der Totalstation wird nicht noch zusätzlich durch Spiegel und Sensorelemente im Bereich der Teleskopachse weiter reduziert, wie das bei den modernsten Totalstationen mit zweitem koaxialen Messmodus der Fall ist. 25 Das selbstregistrierende elektrooptische Zusatz-Messgerät wird mit Hilfe des Rahmens mechanisch fest, aber leicht lösbar mit dem Teleskop der Totalstation verbunden, und zwar vorzugsweise ohne Berücksichtigung seiner Position, also ohne Justierung. So bleibt die Totalstation als Einheit erhalten, und das aufzusetzende Zusatz-Messgerät lässt sich je nach Einsatzbedürfnissen auf jede aufgerüstete Träger-Totalstation aufsetzen, da keine Justierungsmaßnah-30 men notwendig sind. Die Maßnahme, Dejustierungen elektronisch zu erfassen und über die Software zu berücksichtigen, steht in unmittelbarem Zusammenhang mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen einfachen und raschen Aufsetzen des Zusatz-Messgerätes auf die Totalstation. Das selbstregistrierende elektrooptische Zusatz-Messgerät kann ferner durch die Totalstation über seine serielle Schnittstelle mit dem PC verbunden werden, weil gemäß einer bevorzugten 35 Ausführungsform ein kleiner elektronischer Einbau in die Totalstation ein Aufsplitten der nur einen seriellen Schnittstelle, die über Schleiferkontakte innerhalb der Totalstation in die Alhida-de geführt wird, möglich macht. Die bevorzugte Maßnahme, dass mindestens eines der beiden Geräte in der Lage ist, dass seine Baudrate auf einen anderen Wert als jene des zweiten Gerätes eingestellt werden kann, ermöglicht auf einfache Weise ein Durchschleifen der Datenver-40 bindung an der Totalstation, wobei die Kommunikation zwischen dem PC und dem jeweiligen Gerät (Totalstation oder Zusatz-Messgerät) auf Basis der unterschiedlichen Baudraten selektiv erfolgt.

Das Gerät mit der höheren Baudrate benutzt ein Softwareprotokoll, das die nicht an dieses 45 Gerät adressierten Meldungen ignoriert, und diese Situation kann in nahezu allen Kombinationsfällen (Totalstation + Zusatz-Messgerät) erfüllt werden.

Das Erreichen des indifferenten Gleichgewichtes der Teleskopeinheit trotz Fehlens eines entsprechenden Raumes für ein Gegengewicht der herkömmlichen Bauweise wird durch eine so besondere Gestaltung, Zweiteilung und Justierbarkeit der Ausgleichseinrichtung erreicht; die Ausgleichsmasse erlaubt auch den Aufsatz sehr großer und schwerer Messgeräte, weil das Funktionsprinzip nahezu unlimitierte Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere ein Messen ohne Befürchtung, die Teleskopeinheit könne aus dem labilen Gleichgewicht geraten, einräumt. 55 Ein Minimaldialog über den Record-Befehl mit dem PC ist In allen Kombinationsfällen anwend- 5

AT 414 043 B bar, weil jede Totalstation in der Lage ist, über diese Tastenfunktion mit dem angeschlossenen PC in Kontakt zu treten. Dieser Befehl kann für die gesamte Steuerung der beiden Vermessungsgeräte herangezogen werden. 5 Die Erfindung ermöglicht somit den gemeinsamen uneingeschränkten Einsatz zweier Vermessungsgeräte, an den zum Zeitpunkt der Entwicklung der Totalstation einerseits und, sollte das aufzusetzende Messgerät schon existieren, auch zum Zeitpunkt der Entwicklung dieses Messgerätes andererseits nicht gedacht worden war. io Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter erläutert. Es zeigen im Einzelnen: Fig. 1 eine Ansicht einer Totalstation mit einem über einen Rahmen aufgesetzten Zusatz-Messgerät in Verbindung mit einem PC; Fig. 2 eine Seitenansicht dieser kombinierten Messeinrichtung gemäß Fig. 1, jedoch ohne PC; die Figuren 3 und 4 in den Figuren 1 und 2 entspre-15 chenden Vorder- bzw. Seitenansichten einer Totalstation mit Zusatz-Messgerät, mit einem Rahmen mit Massenausgleichseinrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform; und die Figuren 5, 6, 7 und 8 Beispiele für die Datenverbindung der Totalstation und das Zusatz-Messgerät zu einem gemeinsamen Rechner (PC) in vier verschiedenen Ausführungsvarianten. 20 In den Figuren 1 und 2 ist eine klassische selbstregistrierende elektrooptische Totalstation 1 gezeigt, die durch einen Theodoliten mit eingebautem elektronischen Entfernungsmesser gebildet ist, der mit einem nicht dargestellten an sich üblichen Stativ über eine Alhidade 2 verbunden ist, die relativ zu einem Limbus 3 um eine allgemein vertikale Achse 3' verdrehbar ist. Auf diese Totalstation 1 ist ein schematisch dargestellter Rahmen 4 aufgesetzt, der auf eine an sich her-25 kömmliche Weise, etwa über Befestigungsstifte, Klemmbügel oder dergl., mit den Theodoliten bzw. Teleskop 5 der Totalstation 1 lösbar verbunden ist, und der seinerseits ein selbstregistrierendes elektrooptisches Zusatz-Messgerät 6 trägt.

Wie bereits erwähnt ist bei klassischen Totalstationen zum Messen der Entfernung ein Reflektor 30 erforderlich.

Das koaxiale Messen der Entfernung bedarf verschiedenster Bauelemente und Vorrichtungen, die um das Teleskop der Totalstation 1 angeordnet sind. 35 Dieser Umstand verleiht einer Totalstation 1 nicht nur das typische Aussehen, auf Grund dessen man sie von einem bloßen Theodolit leicht unterscheiden kann, er führt auch dazu, dass der Raum zwischen Teleskop 5 und Alhidade 2, also die um die Hochachse 3' drehbare Gabel, die das um die Horizontalachse 7 drehbare Teleskop 5 aufnimmt, weitgehend beansprucht wird. Die Teleskopachse ist in Fig. 1 und 2 mit 5’ bezeichnet. 40

Die Totalstation 1 ist in der Lage, die momentane Position des Teleskops 5 zu erkennen und auf Befehl abzuspeichern, ebenso wie ermittelte Distanzen. Der Ursprung (Referenzpunkt) ist der Schnittpunkt aller Achsen 3', 5' und 7. 45 Die horizontale Richtungsreferenz des Systems ist frei wählbar (und innerhalb eines Messablaufes sinnvollerweise nicht mehr abzuändern).

Die vertikale Richtungsreferenz wird über die Gravitation definiert. Messpunkte werden über einen dreidimensionalen Vektor, der seinen Anfang im Schnittpunkt aller Achsen hat, als Polar-50 punkte definiert.

Ein in Fig. 1 ganz schematisch gezeigtes Computerelement 8 in der Totalstation 1 ermöglicht den bidirektionalen Datenaustausch mit einem beigestellten Rechner 9, üblicherweise einem PC, über eine serielle Schnittstelle. 6

AT 414 043 B

Das über den Rahmen 4 aufgesetzte selbstregistrierende elektrooptische Zusatz-Messgerät 6 ist im einfachsten Fall ein Laserentfernungsmessgerät, also ein Entfernungsmesser, der sichtbares Laser-Licht aus einer vorderen Austrittsstelle 10 emittiert und in der Lage ist, die Entfernung zu einem vom Strahl getroffenen Punkt zu ermitteln. Dabei genügt die Reflexion des 5 Laserlichts im Ziel und bedarf nicht einer Reflexion mittels eines Reflektors (sog. reflektorloses oder kontaktfreies Messen). Die Orientierungsachse des Laserentfernungs-Messgerätes 6 ist jene Gerade, in der der emittierte Laserstrahl liegt, also ersichtlich eine Achse, die nicht mit der Achse 5' des Teleskops 5 zusammenfällt. io Ein (nicht gezeigtes) Computerelement im Laserentfernungs-Messgerät 6 ermöglicht den bidirektionalen Datenaustausch mit dem beigestellten Rechner 9 über die serielle Schnittstelle.

Im Rahmen der Erfindung ist jedoch jedes im Aufsatz eingebaute, selbstregistrierende elektrooptische Messgerät 6 einbezogen, welches für seinen Einsatz der Definition seiner Orientierung 15 (Richtung) und seiner Position im geometrischen Raum bedarf und dessen Orientierungsachse (auf welche Weise auch immer) definiert werden kann.

Mindestens eines der beiden Geräte 1, 6 sollte in der Lage sein, dass die Baudrate der Datenübertragung auf einen anderen Wert als jener des zweiten Gerätes eingestellt werden kann. 20 Das Gerät 1 oder 6 mit der höheren Baudrate benutzt dann ein Softwareprotokoll, das die nicht an dieses Gerät adressierten Meldungen ignoriert. Der Rechner 9 ist dabei zweckmäßig ein PC mit einer für diesen Zweck freien seriellen Schnittstelle.

Der Aufsatz wird durch den Rahmen 4 gebildet, der geeignet ist, das selbstregistrierende elekt-25 rooptische Zusatz-Messgerät 6 aufzunehmen und auf eine geeignete Weise am Teleskop 5 der Totalstation 1 festgemacht werden kann, so dass die Position zwischen dem Messgerät 6 und dem Teleskop 5 als starr und unverrückbar während des Messablaufes erachtet werden kann.

Eine Justiereinrichtung ist nicht erforderlich. 30

Da zwischen dem Teleskop 5 mit all seinen Zubauten und der Alhidade 2 kein freier Raum vorhanden ist, der eine Ausgleichsmasse zum Aufsatz 4, 6 aufnehmen kann, wird dieses - bevorzugt zweigeteilt - nach außen verlagert. Eine vollständige Ausbalancierung zum Massenausgleich ist notwendig, um das im Aufsatz eingebaute Gerät 6 gegen ein anderes mit 35 anderem Gewicht und anderer Schwerpunktslage zum Schnittpunkt aller Achsen der Träger-Totalstation 1 austauschen zu können.

Es ist von Bedeutung, dass um die Horizontalachse 7 der Totalstation 1 mit aufgesetztem Rahmen 4 und darin eingebautem Messgerät 6 der Zustand eines indifferenten Gleichgewichtes 40 hergestellt wird.

Die zweigeteilte Ausgleichsmasse ist mit dem Aufsatz 4, 6 verbunden. Um den Schwerpunkt verlagern und die Massen und Momente beeinflussen zu können, ist eine mehrfache Justier-barkeit vorgesehen. Die Justierbarkeit besteht aus einer Rotationsmöglichkeit (s. Pfeil 11 in 45 Fig. 4) um eine ungefähr horizontal verlaufende Achse 12, die ungefähr rechtwinkelig zur Teleskopachse 5' verläuft, sowie einer beidseitigen Translationsmöglichkeit und Gewichtstrimmung.

Im Einzelnen ist beispielsweise - gemäß Fig. 1 und 2 - eine zweiteilige Gabel 13 mit einer Carbonprofilbrücke vorgesehen, an der als Schenkel zwei höhenverstellbar geklemmte Carbonroh-50 re 14, 15 mit daran angebrachten Ausgleichsmassen 16, 17 angebracht sind. Für Außenmessungen muss beachtet werden, dass die Gabel 13, die die Ausgleichsmassen 16, 17 trägt, wenig empfindlich auf Wind reagiert. 55 Unter Verwendung einer Plexibrücke werden Vibrationen der Schenkel 14, 15 zueinander, die 7

AT 414 043 B sich auf den Aufsatz 4, 6 und in der Folge auf die Totalstation 1 übertragen würden, verhindert. Auch bei Wind dürfen unabhängig von der Position der Gabel 13 zur Windrichtung keine Vibrationen auftreten, und initiierte Schwingungen sollten gut gedämpft werden. 5 Eine etwas modifizierte Ausführungsform des Rahmens 4 mit angeschlossenen Schenkeln 14, 15 für die Ausgleichsmassen 16, 17' ist in den Figuren 3 und 4 (in letzterer ohne Ausgleichsmasse) dargestellt. Dabei ist ein einfacher Rahmen 4 zum Aufsetzen des Zustands-Messgerätes 4 vorgesehen und auf an sich herkömmliche Weise an der Totalstation 1 befestigt, z.B. festgeklemmt. Dieser Rahmen 4 trägt direkt an seiner Oberseite das Zusatz-Messgerät 6, io und er bildet andererseits ein Drehlager für eine Gabel 13' mit den Schenkeln 14 und 15, um diese Schenkel 14, 15 samt Ausgleichsmassen 16, 17' wiederum um eine horizontale Achse 12 ungefähr parallel zur horizontalen Achse 7 der Totalstation 1 verschwenken zu können. Die Ausgleichsmassen 16, 17' sind in der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 längs der Schenkel 14, 15 verstellbar und an diesen Schenkeln festklemmbar, wie aus Fig. 3 unmittelbar hervor-15 geht. Hingegen sind in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 die Schenkel 14, 15 an der Brücke 13 längs verstellbar gehalten; zusätzlich können auch die Ausgleichsmassen 16, 17 längs der Schenkel 14, 15 verstellt werden. Zum Festklemmen der Ausgleichsmassen an den Schenkeln 14, 15 oder aber der Schenkel 14, 15 in der Gabel 13 (Fig. 1, 2) können herkömmliche Klemmschrauben verwendet werden. 20

Es ist auch möglich und in der Zeichnung bei der Ausgleichsmasse 16 bzw. 17' angedeutet, als Ausgleichsmassen zusätzliche Geräte, also "intelligente" Ausgleichsmassen, zu verwenden, um so zusätzliche Funktionen zu erfüllen. 25 Die Totalstation 1 ist mit nur einem Kabeleingang 18 (s. Fig. 1) ausgestattet, über welchen der Datenaustausch und die Fremdenergie-Einspeisung laufen. Dieser Kabeleingang 18 ist am Limbus 3 (starrer Teil der Totalstation 1) angebracht. Alle notwendigen elektronischen und elektrischen Kontaktverbindungen bis in das Teleskopelement 5 der Totalstation 1 werden über übliche, nicht näher dargestellte Schleiferkontakte hergestellt, weil die ungehinderte freie Rota-30 tion der Alhidade 2 und des Teleskopelements 5 gewährleistet sein müssen.

Es kann nicht davon ausgegangen werden, dass einer oder mehrere dieser Schleifkontakte nicht bereits genutzt werden. Dadurch muss davon ausgegangen werden, dass nur eine serielle Übertragungsmöglichkeit in die Alhidade 2 über Schleiferkontakte möglich ist, also nur eine 35 serielle Schnittstelle zur Steuerung und zum Datenaustausch beider Vermessungsgeräte 1, 6 zur Verfügung steht. Auch ein PC 9 mit zwei zu Steuerungszwecken freien seriellen Schnittstellen könnte nicht helfen, weil dann das Kabel zwischen dem aufzusetzenden Messgerät 6 und dem PC 9 die Rotation der Alhidade 2 um die Vertikalachse 6 behindern würde. 40 Der PC 9 ist über eine serielle Schnittstelle sowohl mit der seriellen Schnittstelle der Totalstation 1 als auch mit jener des aufgesetzten Messgerätes 6 verbunden. Die Verzweigung erfolgt über elektronische Bauteile, die in der Alhidade 2 untergebracht sind.

Nicht im Limbus 3, der die Hochachse 3' aufnimmt, sondern in der Alhidade 2 befindet sich der 45 Großteil der elektronischen Bauelemente, schon wegen der angebauten Tastaturen (Bedienfelder) und der Displays.

Die Anschlüsse der Vermessungsgeräte 1, 6 werden gemäß den Darstellungen in den Figuren 5 bis 8 parallel geschaltet; die Ausgänge werden über ein Oder-Gatter 20 (1/4 HC 32) so zusammengeführt. Je nach Ausführung der seriellen Schnittstellen an den Vermessungsgeräten 1,6 (-12V/+12V oder 0V/+5V) werden noch ein bis vier Widerstände 21, 22, 23, 24 und eventuell eine oder zwei Dioden 25, 26 eingebaut, um mit den zur Verfügung stehenden Schnittsteilen-Pegeln zurechtzukommen. 55 Die elektronischen Bauteile 20-26 werden in der Alhidade 2 der Totalstation 1 eingebaut. Die 8

AT 414 043 B

Schaltung wird mit einer vorhandenen Kabelbuchse (nicht gezeigt) an der Alhidade 2 der Totalstation 1 verbunden. Über diese Kabelbuchse besteht die lösbare elektronische (und Energie-Versorgungs-) Kabel-5 Verbindung 27 (Fig. 1) zur seriellen Schnittstelle des aufzusetzenden Messgerätes 6. Diese Kabelverbindung 27 behindert zwar die freie Rotation des Teleskopelements 5 um die Vertikalachse 3', aber diese freie Rotation wird ohnehin durch den Aufsatz und das darin integrierte Messgerät 6 behindert, verursacht also keinen wirklichen Nachteil. Je nach den möglichen Spannungskriterien der seriellen Schnittstellen kommen, wie aus Figuren 5 bis 8 unmittelbar io ersichtlich, unterschiedlich viele Bauteile 21 bis 26 zum Einsatz.

Der Widerstand 21 in den Figuren 5 bis 8 verhindert ein Floaten, wenn das aufgesetzte Zusatz-Messgerät 6 nicht angeschlossen ist. 15 Die Totalstation 1 ist üblicherweise in der Lage, über zumindest eine Tastenfunktion mit dem angeschlossenen PC 9 in Kontakt zu treten. Das ist der Record-Befehl, die Anweisung der Totalstation 1 an den PC 9, sich auf den Empfang von Daten vorzubereiten und den tatsächlichen Datentransfer als Empfänger zu vollziehen. Dieser Befehl wird in vorteilhafter Weise wie folgt für die gesamte Steuerung der beiden Vermessungsgeräte 1 und 6 herangezogen: 20

Das PC-Programm empfängt einen Datensatz, der - in welcher Codierung auch immer - mindestens aus Horizontalwinkel, Vertikalwinkel und Entfernung bestehen kann. Ein solcher Datensatz wird abgespeichert und sodann mit jenem verglichen, der zuvor übertragen und gespeichert worden war. Wenn sich an den übertragenen Winkeln (nahezu) nichts verändert hat, 25 wenn also der Record-Befehl zweimal erteilt wurde, ohne dass Veränderungen an der Position der Totalstation 1 vorgenommen worden waren, dann ist das der Hinweis für das PC-Programm, dass dieser zweite Datensatz nicht zur Registrierung eines Messergebnisses dient, sondern die Absicht des Vermessungstechnikers widerspiegelt, den eben laufenden Messmodus zu verlassen, und einen anderen Messmodus aufzurufen. Über das an der Totalstation 1 30 angebrachte Display kann eine Menüführung abgewickelt werden, so dass in alle Messmodi eingetreten werden kann, die im Programm vorgesehen sind, nämlich durch Beibehalten oder Verändern der Position der Totalstation 1.

Einstellungen an der Totalstation 1 werden vom PC-Programm abgefragt und erkannt. Je nach 35 Einstellung springt das Programm in einen Modus, der den weiteren Messprozess steuert.

Eine Menü-Führung durch verschiedene Messfunktionen ist vom Displayfeld der Totalstation 1 abzulesen. 40 Die Software interpretiert die eingegangenen Signale im PC 9 entweder als abzuspeichernde Daten oder als Steuerbefehle, die ihrerseits das im PC 9 laufende Programm veranlassen, Messmodi festzulegen und Funktionen auszulösen, die als Befehl an die Vermessungsgeräte 1 bzw. 6 übertragen und an diesen wirksam werden. Die Auswirkungen gehen als Daten an den PC 9 zurück und werden wieder interpretiert. 45

Die unterschiedlichen Baudraten der seriellen Schnittstellen der Vermessungsgeräte 1, 6 dienen zum wechselweisen Ansteuern. Daten werden entweder als Befehl oder als Störung interpretiert und verursachen Maßnahmen innerhalb der Computersteuerung der Vermessungsgeräte 1, 6, die für das PC-Programm bekannt sind, teilweise weil sie eine unabänderliche Eigenart so des im Vermessungsgerät 1 oder 6 ablaufenden, vom Hersteller festgelegten Programms sind, teilweise weil das PC-Programm die programmtechnischen Reaktionen im Vermessungsgerät 1 oder 6 bereits vorverursacht hatte.

Eine Sichtverbindung zum PC-Display ist nach dem Programmstart nicht erforderlich. Die Eines flussnahme der Steuerung der Vermessungsgeräte 1, 6 über das Tastenfeld des PC 9 ist nach 9

AT 414 043 B dem Programmstart nicht mehr erforderlich.

Es besteht keine Notwendigkeit oder Veranlassung, das aufgesetzte Messgerät 6 durch Tastendruck anzusprechen. 5

Eine besondere Eigenschaft der beschriebenen Einrichtung ist, dass der Aufsatz 4, 6 mit wenigen Handgriffen montiert und demontiert werden kann, und zwar auf jeder dafür ausgerüsteten Totalstation 1. Das im Aufsatz eingebaute Messgerät 6 kann mit wenigen Handgriffen ausgetauscht werden. Es ist also nicht zu erwarten, dass die Position des aufgesetzten Messgerätes io 6, dessen Orientierungsachse (Achse des Laser-Austritts 10 in Figuren 1 bis 4) in einer Geraden liegt, die zur Teleskopachse 5' der Totalstation 1 windschief verläuft, konstant bleibt. Um dies zu berücksichtigen, werden Lage und Richtung der Orientierungsachse des aufgesetzten Messgerätes 4 in Bezug auf die Teleskopachse 5' der Totalstation 1 elektronisch ermittelt und berücksichtigt. 15

Zur Umrechnung eines gespeicherten Datensatzes, der durch das aufgesetzte Messgerät 4 geliefert wurde, ist die Berücksichtigung von drei Ursprungsparametern, nämlich der Positionsangabe des Messursprunges des Ergebnisses im Verhältnis zum Schnittpunkt aller Achsen 3’, 5', 7 der Totalstation 1, also des internen Ursprunges der Träger-Totalstation 1, sowie von zwei 20 Richtungsparametern, nämlich die in zwei Komponenten aufgeteilte Richtungsdiskrepanz zur Teleskopachse 5' der Totalstation 1, zu ermitteln.

Diese Vorgangsweise beruht auf der Überlegung, dass zwei Messpunkte auf der Orientierungsachse die Gerade, in der diese liegt, definieren. Der Durchstoßpunkt dieser Geraden durch die 25 Normalebene zur Teleskopachse 5' im Schnittpunkt aller Achsen 3', 5', 7 liefert zwei der drei genannten Ursprungsparameter. Der Abstand dieses Durchstoßpunktes zum O-Punkt des aufgesetzten Messgerätes 6 ist der dritte Ursprungsparameter. Die Nichtparallelität der Orientierungsachse des aufgesetzten Messgerätes 6 zur Teleskopachse 5' wird als Winkel ermittelt, der in zwei Anteile zerlegt wird, einen "Horizontal"-anteil, nämlich die Projektion der Orientierungs-30 achse auf die durch Teleskopachse 5' und Horizontalachse 7 der Totalstation 1 definierten Ebene, und einen "Vertikal'-anteil, nämlich die Projektion der Orientierungsachse auf die durch Teleskopachse 5' und Vertikalachse 3' der Totalstation 1 definierten Ebene. (Die Bezeichnung der Anteile ist auf den Fall einer horizontalen Teleskopachse 5' bezogen). Dabei ist es hilfreich zu bedenken, dass die Teleskopachse 5' und die windschief zu dieser verlaufende Orientie-35 rungsachse des aufgesetzten Messgerätes 6 ein in sich starres und eigenständiges System bilden. Die Bewegung des Teleskops 5 führt zu einer identen Bewegung der Orientierungsachse, aber die Auswirkungen auf Horizontalanteil und Vertikalanteil der Visur sind abhängig vom tatsächlichen Vertikalwinkel der Teleskopachse 5'. 40 Für einen vermessungstechnischen Vorgang wird die Totalstation 1 mit dem Aufsatz 4, 6 zum Messvorgang vorbereitet. Ein im weiten Distanzmessbereich des aufgesetzten Messgerätes 6 in dessen Orientierungsachse gelegener und gekennzeichneter Punkt wird mindestens nach den Winkelpositionen der Totalstation 1 registriert; überdies wird dieser gekennzeichnete Punkt über die Totalstation 1 angesprochen und registriert. 45

Ein im nahen Distanzmessbereich des aufgesetzten Messgerätes 6 in dessen Orientierungsachse gelegener und im fokussierbaren Bereich des Teleskops 5 gekennzeichneter Punkt wird mindestens nach den Winkelpositionen der Totalstation 1 registriert; ferner wird dieser gekennzeichnete Punkt über die Totalstation 1 angesprochen und registriert. 50

Auf diese Weise werden die erforderlichen Umrechnungsparameter für die Umrechnung der durch das Zusatz-Messgerät 6 erhaltenen Messwerte auf das Bezugssystem der Totalstation 1 ermittelt. 55 Sollte die Position des Messgerätes 6 über dem Teleskop 5 ausreichend genau (innerhalb einer

Claims (6)

1 0 AT 414 043 B Millimeterabweichung) bekannt sein - und dies ist je nach Anwendung des Geräteaufbaues möglicherweise der Regelfall, so genügt es, einen im weiten Distanzmessbereich des aufgesetzten Messgerätes 6 in dessen Orientierungsachse gelegenen und gekennzeichneten Punkt mindestens nach den Winkelpositionen der Totalstation 1 zu registrieren; weites wird dieser 5 gekennzeichnete Punkt über die Totalstation 1 angesprochen und registriert. Patentansprüche: io 1. Vorrichtung zum Kuppeln eines selbstregistrierenden elektrooptischen Zusatz-Messgerätes (6) mit einer selbstregistrierenden elektrooptischen Totalstation (1) unter Massenausgleich, gekennzeichnet durch einen mit der Totalstation (1) verbundenen bzw. verbindbaren Rahmen (4) zur unbeweglichen, jedoch lösbaren Aufnahme des Zusatz-Messgerätes (6), welcher Rahmen eine Ausgleichsmasse (16, 17, 17') an einem an ihm nach außen verlager-15 ten, mit ihm um eine in der Betriebslage zumindest ungefähr horizontale Achse (12) schwenkbar angebrachten Schenkel (14,15) längs diesem verschiebbar trägt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ausgleichsmassen (16, 17, 17') ungefähr symmetrisch zur durch die Achse (3') der Totalstation (1) definierten 20 Vertikalebene an um eine zumindest ungefähr horizontale Achse (12) schwenkbaren, nach außen verlagerten Schenkeln (14,15) längs dieser Schenkel verschiebbar montiert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. jeder Schenkel (14, 15) in seinem Schwenklager am Rahmen (3) längsverstellbar geklemmt ist. 25

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4) einen den bzw. die Schenkel (14,15) außen tragenden Brückenteil (13) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rah- 30 men (4) das Zusatz-Messgerät (6) justierungsfrei an der Totalstation (1) festlegt, wobei das Zusatz-Messgerät (6) über die Totalstation (1) elektronisch mit einem der Totalstation zugeordneten Rechner (9) verbunden ist, der eingerichtet ist, die Position sowie die Ausrichtung der Orientierungsachse des Zusatz-Messgerätes (6) in Relation zur Totalstation (1) bei der Erfassung von Messwerten durch deren Umrechnung auf das durch die Position 35 und Achs-Ausrichtung der Totalstation (1) gegebene Bezugssystem, nach Ermittlung von Umrechnungsparametern durch Messen von Messpunkten, zu berücksichtigen, wobei der Rechner (9) zur Ermittlung der Umrechnungsparameter einen im weiten Distanzmessbereich des Zusatz-Messgerätes (6) in dessen Orientierungsachse gelegenen und gekennzeichneten Messpunkt sowie einen im nahen Distanzmessbereich des Zusatz-Messgerätes 40 in dessen Orientierungsachse gelegenen und im fokussierbaren Bereich der Totalstation (1) gekennzeichneten Messpunkt über das Zusatz-Messgerät (6) zumindest nach den Winkelpositionen der Totalstation (1) und über die Totalstation (1) nach Winkelposition und Entfernung bezogen auf die Totalstation (1) registriert.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten verbindung des Zusatz-Messgerätes (6) mit dem Rechner (9) durch Durchschleifen an der Totalstation (1) gebildet ist, wobei die Daten zwischen dem Zusatz-Messgerät (6) und dem Rechner (9) mit einer von der Datenübertragungs-Baudrate der Totalstation (1) verschiedenen Baudrate übertragen werden und die Daten-Übtragungsanschlüsse des Zusatz-50 Messgerätes (6) und der Totalstation (1) parallel an den Rechner (9) geschaltet sind. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 55