CN113155100A - 包括基座及大地测量勘测和/或投影模块的大地测量仪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括基座及大地测量勘测和/或投影模块的大地测量仪器，尤其是涉及例如用于建筑工程的具有基座模块及勘测和/或投影模块的大地测量仪器。控制仪器的处理器位于基座模块中。勘测和/或投影模块可通过基座的驱动单元绕两个轴线旋转。仪器包括将勘测和/或投影模块连接至基座模块的机械接口以及在基座模块与大地测量勘测和/或投影模块之间的光学和/或电接触接口。接口被设计成使得勘测和/或投影模块可由用户安装至基座模块且从基座模块拆卸，从而大地测量仪器用于安装不同大地测量类型的各种勘测和/或投影模块，并执行相应的不同大地测量勘测和/或投影功能。

Description

包括基座及大地测量勘测和/或投影模块的大地测量仪器

技术领域

本发明涉及特别是用于诸如布局或放样任务(“设计到现实”)或竣工数据捕获(“现实到设计”)之类的建筑工程的大地测量勘测和/或投影仪器、大地测量仪器基座以及大地测量勘测和/或投影模块。

背景技术

用于例如点坐标的勘测或投影的大地测量仪器在本领域中是已知的。用于跟踪或标记以及勘测结构或对象的表面上的空间点的这种勘测设备特别用于周围环境或工件(尤其是诸如机身的大型实体)的测量或者建筑物的建造或检查，例如，在BIM(建筑信息模型)到现场分配或对建筑元件(诸如MEP(机械电气管道)安装、墙壁、锚点等)进行布局的过程中。从这样的测量设备到要勘测的一个或更多个目标点的距离和角度可以被记录成空间标准数据。在另一方面，计划的位置数据(例如，基于数字建筑平面图或CAD数据)可以通过激光束以真实位置方式(position true manner)将其投影在对象表面上，以用于布局或放样目的。这样的仪器用于传统的大地测量(土地勘测)或工业中的大地测量(例如，对工件进行3D坐标采集以进行质量控制)以及街道、隧道或房屋等建筑物的精确建造和内部建造或组装任务，例如由建筑师、厨房制造商、玻璃工、瓷砖工或楼梯建造工等设计师使用模板例如进行竣工数据捕获。要强调的是，在本申请中，术语“大地测量学”和“大地测量”不限于处理地球表面和海底的测量和表示的科学学科，而是在广义上涉及对象点的测量、勘测和位置确定或投影，以便获取数字对象坐标或在空间中标记数字对象坐标。

通用类型的已知大地测量仪器(诸如，建筑勘测设备)通常包括：基座；上部，该上部被安装成能够在基座上绕旋转轴线旋转；以及瞄准单元，该瞄准单元被安装成能够绕旋转轴线旋转，该瞄准单元具有被设计成发射激光束的激光源；以及成像检测器，该成像检测器例如配备有取向指示功能，以指示瞄准单元相对于作为瞄准点的空间点的取向，并且该瞄准单元还具有距离确定检测器，该距离确定检测器用于提供测距功能。举例来说，取向指示功能可以是作为成像检测器的取景器或相机中的十字线。

现代自动化建筑勘测设备还包括：旋转驱动器，该旋转驱动器使上部和/或瞄准单元能够以电动方式驱动；测角仪；以及倾斜传感器(如果适用)，该倾斜传感器用于确定瞄准单元的空间取向；并且还包括评估和控制单元，该评估和控制单元连接至激光源、距离确定检测器以及测角仪和倾斜传感器(如果适用)。

在这种情况下，作为示例，评估和控制单元配备有显示器，该显示器具有用于由用户在显示器(例如，触摸屏)上输入控制命令的输入装置或者所谓的可定向的操纵杆，用于通过定向操纵杆来改变瞄准单元的取向的目的，并且评估和控制单元用于在显示器上呈现来自成像检测器或相机的图像，其中，瞄准单元的取向可以借助于显示器上的取向指示功能来指示，例如借助叠加(overlaying)。已知显示器上的输入装置为箭头形式的功能，其标记和触摸使得用户能够改变瞄准单元在水平方向或竖直方向上的取向。

在另一方面，使用可见或不可见的点或线的投影来提供位置参照点或线，以作为人眼或电子系统的参照并且还允许自动定位或机器引导。在此，参照线通常是通过加宽激光束(特别是可以用于直线)或通过旋转激光点的投影来创建的。

适用于此的大地测量仪器的实例是旋转激光器或者线或点激光器，它们用于使用可见或不可见激光束来固定平面，并且现在已经例如在建筑行业或工业中使用了很多年。它们是在水平、竖直或限定的斜置平面上标记建造线的有价值辅助工具。然而，先前的旋转激光器是不利的，因为它们仅能够产生包含激光束的起始点的那些投影平面。因此，为了在预定水平面内沿着线投影空间点，常规旋转激光器的光发射点必须精确地定位在该平面上，并且激光器模块必须精确地被调整成水平发光(并且旋转轴线必须精确地竖直对齐)。因此，使用旋转激光器标记水平面的工作区域被限制为安装有旋转激光器的基座的高度的调节区域。借助于传统旋转激光器在非水平(例如，倾斜向上定向)方向上投影绕竖直轴线线旋转的激光束会导致较近定位的空间点被投影到比较远定位的空间点更低的高度。

DE 4443413公开了一种用于在间隔的线或区域上进行测量和标记的方法和设备。在各种情况下，使用安装在万向型支架中的激光测距单元，关于两个空间角度和相对于参照点的距离来测量一个或更多个相关空间点。激光测距单元可以绕两个相互垂直的轴线旋转，这些轴线配备有测角仪。根据这些文献中描述的一个实施方式，手动地对准要测量的空间点，基于测量与标记之间的预定相对关系从测量数据计算标记点，然后通过测量和标记设备独立地瞄准这些标记点。

作为另一示例，EP 2053353公开了一种具有电光测距单元的参照线投影单元。根据该申请文献的教导，基准光束(特别是激光束)沿着限定参照路径被路由。通过集成测距单元，在EP 2053353中公开的系统还使得能够基于所建立的表面形貌来控制投影。

DE 19648626公开了一种利用具有激光发射器和激光接收器的激光测距仪进行区域勘测的方法和装置。激光测距仪安装在支架上。该装置还包括用于取向和方向测量的倾斜和旋转设备、望远镜瞄准器以及用于角度数据捕获、距离数据捕获和将数据传输到计算机的电子评估单元。为了对空间进行勘测，将设备定位在空间的中央位置。然而，通常不可能仅从一个位置就可以看到并通过激光束撞击要检测的所有空间和/或区域拐角点，而是需要多个站点覆盖要勘测的所有点，因此移动和定位装置麻烦且耗时。

如可以看出的，已知用于在建筑物的建造或开发过程中测量和/或标记空间点的许多技术布置和方法。同样，为了完成复杂的勘测任务，特别是在自由地形中，如在大地测量的现有技术中已知的大地测量全站仪或经纬仪已经使用了很多年。原则上，这种设备在技术上也适用于实现垂准点发现功能，例如在建筑物的内部装修期间。然而，它们是在技术上相对复杂且昂贵的设备。

另外，必须提供许多不同的大地测量仪器来进行不同勘测或投影任务是麻烦且昂贵的。另一缺点是，即使在粗略测量或补充测量时，这种笨重的仪器也必须随身携带。除此之外，利用现有技术的大型仪器，即使不是不可能到达也难以到达诸如扭曲的房间边缘或非常靠近表面的一些位置(例如，直接在天花板下方)。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的大地测量仪器。

本发明的另一目的是提供一种有助于不同大地测量勘测和/或投影任务的改进的大地测量仪器。

通过实现独立权利要求的特征化特征来实现该目的。可以从从属专利权利要求以及包括附图描述的具体实施方式收集以另选方式或有利方式开发本发明的特征。除非另有明确说明，否则在本文献中以其它方式例示或公开的本发明的所有实施方式可以彼此组合。

本发明涉及一种具有基座模块以及勘测和/或投影模块的例如用于建筑工程的大地测量仪器。大地测量仪器包括将勘测和/或投影模块连接至基座模块的机械接口、以及适于在两个模块之间传输数据和/或能量的光学接口和/或电接触接口。勘测和/或投影模块包括至少一个传感器(例如，电子距离传感器)和/或投影仪(例如，点激光器)，以获取和/或投影对象数据。

基座模块包括：电力单元，该电力单元用于向大地测量仪器供电；第一处理器，该第一处理器由该电力单元供电，用于处理大地测量数据并控制大地测量仪器。此外，基座模块包括：至少一个驱动器，该至少一个驱动器由电力单元供电，适于绕两个旋转轴线(具体是水平轴线线和竖直轴线线)驱动大地测量勘测和/或投影模块(通过模块相对于基座的旋转和/或基座和随之的模块的旋转)；以及至少一个角度编码器，该至少一个角度编码器用于测量勘测和/或投影模块关于两个旋转轴线的旋转位置，例如，分别用于相应轴线的角度传感器。

所述接口被设计成使得勘测和/或投影模块能够由用户安装至基座并能够从基座模块拆卸。另外，大地测量仪器被设计成将不同大地测量类型的各种勘测和/或投影模块安装至所述基座模块并执行相应的不同大地测量勘测和/或投影功能。因此，大地测量仪器例如可以在配备有一个模块时像全站仪一样使用，在用户安装另一模块时像激光扫描仪一样使用，并且与可更换模块中的另一个一起像旋转激光器一样使用-从而模块本身可以涵盖多于一个大地测量功能-所有这些都具有同一基座模块，而无需移动仪器，即，在同一站点。

可选地，大地测量仪器按以下方式设计：使得所有可安装的各种勘测和/或投影模块参照同一坐标原点。因此，所有模块都与同一点相关，而没有任何视差或偏移。不需要坐标的转换或校正(例如，无校正矩阵)，而是用户可以例如利用一个勘测和/或投影模块进行测量，用另一勘测和/或投影模块更换勘测和/或投影模块，并直接在相同坐标空间中获取附加测量数据或将所参照的数字点数据投影到与第一次测量相同的原点。

为了便于更换，接口可选地被设计成使得通过用户的单次手动操作(例如只通过将一个旋钮或释放按钮“点击”到基座模块来仅按下该旋钮或释放按钮以拆卸和安装勘测和/或投影模块)就可以实现将所拆卸的勘测和/或投影模块可操作地安装至基座模块-并且以类似方式拆卸所安装的勘测和/或投影模块。例如，安装和拆卸可以仅通过一个基本线性或旋转的手移动来进行，使用工具或不使用工具。作为另一选择，机械接口以及光学接口和/或电接触接口被设计成接合接口(其可以被看作提供机械连接以及光学连接和/或电连接的一个接口；因此，在本发明中，“接口”有时既用于机械连接装置或者光学连接装置和/或电连接装置，也用于整个接口和接口的一部分或对应部分)。

附加地或另选地，机械接口被设计成使得勘测和/或投影模块到基座模块的机械稳定安装由以下中的至少一者固定：磁铁(具有磁性或铁磁性对应部分)、一个螺钉、一个装有弹簧的锁扣/爪、一个可扭转锁扣/爪、卡口紧固件、一个球形锁销。优选地，在诸如螺钉或爪之类的固定装置的情况下，恰好存在其中一者(仅一个锚定点)，使得用户仅需操纵其中一者来安装或拆卸。

作为另一选择，机械接口按以下方式设计：使得各个勘测和/或投影模块的安装位置能精确地再现并且是热稳定的。也就是说，尽管存在各种安装或拆卸过程以及热变化或温度变化，但是各个勘测和/或投影模块以完全相同的方式放置在基座模块上。

可选地，勘测和/或投影模块按以下方式设计成具有电池、数据存储部和第二处理器的便携式独立大地测量勘测和/或投影模块：使得实现利用从基座拆卸的勘测和/或投影模块进行临时大地测量(例如，徒手勘测和/或投影)。换句话说，勘测和/或投影模块不仅在连接到基座模块时是起作用的或可操作的，而且其自身也为某种受限形式。

可选地，机械接口包括彼此以相等角度间隔开的至少三个引导元件，由此各个引导元件包括球形或球面拱顶以及作为接收对应部分的两点支撑件，各个两点支撑件例如被实施成一个棱镜或两个圆柱体。优选地，球形拱顶或球面拱顶以及两点支撑件通过磁力或弹簧相对于彼此被预加载。

在具有电接口的实施方式中，勘测和/或投影模块可选地可以由电力单元通过电接口充电。作为另一选择，勘测和/或投影模块的电池用作整个仪器的电力储备。也就是说，不仅勘测和/或投影模块可以由基座模块供电，而且反过来，勘测和/或投影模块也可以为基座模块供电。

可选地，基座模块以及勘测和/或投影模块包括分别用于在基座与(拆卸的)模块之间进行无线数据传输的发射器。在这种情况下，作为另一选择，在远程控制中，即使从基座被拆卸时，勘测和/或投影模块也可以由基座模块(处理器)无线地控制。

作为另一选择，仪器的重心应使仪器可以通过基座稳定定位。然后，基座模块包括接地表面，例如，完整平底表面或限定一表面的三个或更多个点。附加地或另选地，基座模块包括用于将大地测量仪器附接至支撑结构、特别是三脚架的释放接口。

本发明还涉及一种大地测量仪器基座模块，该大地测量仪器基座模块包括电力单元以及由电力单元供电的(第一)处理器，该处理器用于处理大地测量数据和控制基座模块。仪器基座模块还包括机械接口部分和光学接口部分和/或电接触接口部分。这些接口被设计用于由用户(在现场)安装和拆卸勘测和/或投影模块。通过光学接口和/或电接触接口，可以在基座模块与勘测和/或投影模块(如果安装)之间传输数据和/或能量。该处理器还适于控制相应的勘测和/或投影模块。

基座模块还包括：驱动器，该驱动器由电力单元供电，适于绕两个旋转轴线(具体是水平轴线线和竖直轴线线)驱动机械接口和/或基座模块；以及至少一个角度编码器，该至少一个角度编码器用于测量相应的旋转位置。换句话说，基座包括：驱动器，该驱动器适于通过改变基座自身的旋转位置和/或机械接口的旋转位置来绕两个旋转轴线驱动所安装的勘测和/或投影模块；以及至少一个角度编码器，该至少一个角度编码器用于测量所安装的大地测量勘测和/或投影模块关于两个旋转轴线的旋转位置。

可选地，基座模块包括电力单元部分，该电力单元部分包括电力单元和主要部分，并且驱动器包括：第一驱动单元，该第一驱动单元用于使主要部分(以及随之的模块(如果安装))相对于电力单元部分绕第一轴线(特别是竖直轴线线)旋转；以及第二驱动单元，该第二驱动单元用于使机械接口(以及随之安装的模块)相对于主要部分绕第二轴线(特别是水平轴线线)旋转。此外，相应的角度编码器被分别集成在驱动单元中。优选地，第一驱动单元和第二驱动单元具有相同的构造或类型。

作为另外的选择，机械接口和光学接口和/或电接触接口被集成在第二驱动单元中和/或电力单元部分被免工具可更换地连接至主要部分。

可选地，基座的机械接口包括定心(centering)和固定件，和/或基座模块关于竖直轴线线不对称。

本发明还涉及一种勘测和/或投影模块，该勘测和/或投影模块包括：机械接口对应部分，该机械接口对应部分被设计用于将勘测和/或投影模块连接至如上所述的根据本发明的大地测量基座模块；以及光学接口对应部分和/或电接触接口对应部分，该光学接口对应部分和/或电接触接口对应部分适于在基座与大地测量勘测和/或投影模块之间传输数据和/或能量。优选地，接口被设计成使得勘测和/或投影模块能无工具地安装至基座模块并从基座模块拆卸。

此外，勘测和/或投影模块可选地按以下方式设计成具有电池、数据存储部和(第二)处理器的便携式独立大地测量勘测和/或投影模块，使得利用从基座拆卸的大地测量勘测和/或投影模块临时进行大地测量(例如徒手的)勘测和/或投影。

可选地，模块被实施成激光扫描头、光电勘测头、点激光投影仪或线激光投影仪、具有至少一个相机的摄像头和/或多照片测量头，由此特征可以混合在同一个头中(例如具有相机和指向激光器的模块)。

作为另一选择，勘测和/或投影模块包括望远镜和/或全景物镜和/或广角物镜、以及用于对望远镜和/或物镜的视场进行照明的照明灯。换句话说，勘测和/或投影模块包括用于对由物镜的望远镜可见的目标空间或对象空间进行照明的光源。作为另一选择，勘测和/或投影模块包括自动目标识别单元，自动目标识别单元被设计用于跟踪(锁定到)大地测量目标，诸如后向反射器。

对于投影功能，勘测和/或投影模块可选地包括第一线激光器、第二线激光器和点激光器，从而两个线激光器中的各个线激光器的发射平面被定向成彼此正交并与点激光器的发射方向正交。

因此，本发明有利地提供了一种大地测量仪器，其仅利用一个仪器或同一基本基础设施以及不同测量顶件来涵盖不同大地测量技术。仪器基座可以配备各种类型的勘测和/或投影模块，从而使得多目的大地测量仪器可用，从而实现了模块的快速且轻松更换。例如利用扫描仪头更换TPS头或利用TPS头更换扫描仪头可以在现场优选由用户在不移动仪器的情况下免工具地进行。因此，操作员可以完成布局并关于单个设定进行扫描，并且最有利地参照同一坐标原点。然后，TPS头可以使用扫描数据来将其自身定位在空间中。

另外，勘测和/或投影模块优选地被设计成使得它们可以(有限地)用作独立的大地测量设备。因此，大地测量仪器的功能甚至更多被扩大。例如，实现了使用具有嵌入式相机的成像技术进行快速全景或补充测量或勘测和/或在其它无法接近的站点处的投影。

本发明允许用户在现场简单且容易地适应不同大地测量对象或大地测量任务，而不需要许多不同昂贵的单独“成熟”仪器。

附图说明

下面仅通过示例方式，参照附图中示意性示出的工作示例，更详细地描述或说明根据本发明的大地测量仪器。在图中，相同的元素利用相同的附图标记来标记。所描述的实施方式通常未按比例真实地示出，并且它们也不应解释成限制本发明。

具体地，

图1例示了大地测量仪器的第一示例；

图2a、图2b更详细地示出了大地测量仪器的示例性实施方式；

图3示出了各种勘测和/或投影模块的示例；

图4示出了可以免工具地(tool-freely)安装和拆卸的勘测和投影模块的示例；

图5a、图5b例示了示例性大地测量仪器的内部视图；

图6例示了示例性大地测量仪器的另一内部视图；

图7a、图7b示出了大地测量仪器的简化机械接口的示例；以及

图8a至图8f示出了用于通过机械接口将勘测和/或投影模块紧固到基座模块的装置的示例。

具体实施方式

图1例示了根据本发明的大地测量仪器1的第一示例及其被用户3的使用。

图1在其左侧示出了大地测量仪器1，该大地测量仪器1具有基座模块2和通过接口5连接至基座2的勘测和/或投影模块4。大地测量仪器1通过释放接口(未示出)被定位在作为支撑结构的三脚架7上。在这种设定中，大地测量仪器1原则上可以用作本领域中已知的便携式大地测量设备(诸如全站仪或经纬仪、激光模板机或激光扫描仪)，如果勘测和/或投影模块4被实施成光电勘测头、多照片测量头或激光扫描仪头，则大地测量仪器1被定位在站点处以例如用于室内或室外建筑工程中的勘测或测量目的。作为另一示例，在具有投影模块4的情况下，仪器1可以用作点和/或线激光投影仪，例如为激光水平仪或旋转激光器的形式。此外，投影模块4可以用于根据建筑计划或CAD数据等在对象的表面上对点、线或几何形状进行真实位置投影，从而使得能够对标称位置进行视觉标记，例如使得可以在该标称位置处或根据该标称位置执行建筑工程。例如，仪器1通过模块4提供用于勘测的780nm EDM(电子测距)激光器和用于指向的532nm激光器。

此外，本领域技术人员原则上也知道，仪器1在大地测量模块4中可以包括自动目标识别(ATR)单元(未示出)，用于分别锁定至诸如勘测杆的大地测量目标上以进行目标跟踪。另外，可选地存在远场ATR。

对于任何勘测或建造任务，用户3都可以通过位于基座2处的用户接口(未示出)来命令或操作大地测量仪器1。例如，一旦仪器1如图所示被放置在房间中，就可以通过按下仪器或遥控器上的或在平板电脑/智能手机/控制单元上运行的按钮(参考附图标记6)来开始测量对象点的3D坐标(单点测量或扫描)。

根据本发明，大地测量仪器1的勘测和/或投影模块4也能易于从基座2自由拆卸(例如免工具地)(箭头8所示)，并且可以由用户3更换为另一勘测和/或投影模块。也就是说，仪器1的“敏感”主要组件4可以通过用户3在现场方便地连接至基座主要组件2并从基座主要组件2断开连接。此外，大地测量仪器1被设计成使得不同类型的勘测和/或投影模块4由基座模块2支撑并且可以利用其不同功能操作。例如，用于扫描环境的激光扫描模块4可以更换为激光投影模块，以在环境中视觉地标记计划位置或对象点。

因此，所有可安装模块4都涉及同一坐标原点。因此，例如，首先可以由扫描模块4扫描周围环境，然后将参照周围环境并且将周围环境与所存储的周围环境的数字地图进行比较，该地图包括目标位置，然后可以基于扫描数据和参照数据，通过由用户3安装的投影模块4而不是同时由扫描模块4在周围环境中将这些目标位置可见地标记为真实位置。由此，由于坐标原点相同，所以不必考虑视差，并且不需要坐标的计算校正。

在该示例中，勘测和/或投影模块4另外不仅可以与基座模块2连接操作，而且可以暂时用作独立大地测量设备。如示例性图1所示，用户3可以将模块4用于徒手大地测量任务，通过模块4处的人机接口(HMI)对其进行控制(由附图标记9指示)。

例如，通常不是房间的所有3D坐标都可以从站点测量到，而是某些点是隐藏的或被遮挡的。然后，用户3可以使大地测量模块4快速断开连接，因此方便地不需要工具来移动至缺失点可见的位置并测量这些点。可以例如使用如图所示的测量束L并使用诸如飞行时间、相位、波形、摄影测量或干涉测量评估之类的测量方法进行测量。

优选地，接口5包括电触点，使得可以通过该电接口从基座2的电力单元向勘测和/或投影模块4的电池加载，从而提供对勘测和/或投影模块4充电的简单且自主方式。

为了使利用所拆卸的勘测和/或投影模块4的徒手测量参照静止测量的相同参照或坐标系，模块4包括例如位置传感器，诸如惯性测量单元(IMU)、陀螺仪和/或倾角计或者在户外活动的情况下的GNSS接收器(未示出)。附加地或另选地，可以通过从静止位置以及徒手位置二者测量多个参照点和/或通过使用图像处理技术(诸如，利用诸如SIFT-(尺度不变特征变换)、SURF-(加速鲁棒特征)、FAST-(来自加速分段测试的特征)、BRIEF-(鲁棒独立基本特征)或ORB-(面向Fast和旋转BRIEF)之类的算法的特征匹配)的基于2D图像或3D图像的路径推导来实现参照(诸如3D点云的配准)。

作为另一示例，勘测和/或投影模块4的自主性及其相对较小的尺寸可以用于将其定位在几乎每个位置，特别是利用相对较大或笨重的大地测量设备1整体不可接近的位置。因此，例如几乎可以从房间的任何地方发射水平激光。为此，大地测量模块4可以具有附接装置(诸如磁体或夹具(未示出))以将其附接至墙壁或天花板等。

作为又一示例，大地测量模块4独立操作的可能性使得用户3能够执行快速数据获取，诸如对房间的粗略扫描。因此，例如，仅通过用户3握住模块4并转身就可以收集周围环境的3D全景。当需要更高的可靠性或更精确的测量(例如基于粗略的全景勘测来确定或选择的周围环境的特定区域)时，然后将大地测量模块4安装到基座2上(这由于接口5实现了免工具处理而容易地进行)以提高测量能力。

与大地测量模块4自身相比，整个大地测量装置1作为整体的勘测能力得到提高，这是由大地测量模块4在安装至基座2时可以稳定地保持和自动定位所提供的。为了精确定位并因此进行测量或投影，基座2包括驱动器(图1中未示出)，该驱动器由基座模块2的电力单元(未示出)供电，用于绕第一轴线H和第二轴线V驱动勘测和/或投影模块4。绕各个轴线H、V的相应实际旋转位置利用相应的角度编码器(未示出)来确定。

另外，基座2的电力单元具有相对较大的容量，从而允许利用基座2内置的处理器进行功率密集型计算，诸如在利用测量束的远场中的测量点和长操作持续时间之类的功率密集型勘测操作。与之相比，大地测量模块4在用作临时独立设备时具有受限制的操作和计算能力。

例如，将勘测和/或投影模块4的自主离站方法中的数据密集式测量结果(例如，激光扫描)仅存储在模块4的内部数据存储部上，而无需任何进一步数据评估或处理。然后，在将模块4附接至基座2之后，将所存储的数据传输到基座模块2，并且基座2的计算能力被用于处理和评估测量数据，并且例如形成图形表示或解释，将其显示在仪器1的显示器(也可以是便携式显示器，诸如与基座2或仪器2相连的平板或智能手机)上。以类似的方式，可以将扫描数据缓冲在模块4中，然后直接传输(当连接时)到平板电脑或其它控制单元。

另选地，可以将以独立模式获取的数据从模块4无线传输到基座2，以在基座2处进行进一步处理，特别是即时(on-the-fly)或在测量期间已经进行处理。在具有无线数据发射器的这种实施方式中，移动模块4的数据存储部可以仅是非永久性存储部，而永久性存储部可以是可分配的或可选的，例如为插入模块4的读卡器中的可更换存储卡的形式或者例如作为已传输到平板电脑、智能手机或控制单元的数据的备份。

一般而言，与独立使用相比，当与基座2结合以形成大地测量仪器1时，大地测量模块4的大地测量能力或功能范围被增强和扩展。与“完整”仪器1相比，自主应用中的模块4的容量和功能受到限制。

首先，大地测量仪器1的所述配置使得能够通过勘测和/或投影模块4与基座模块2的组合实现鲁棒且高度可靠的大地测量或真实位置投影，具有高水平的大地测量能力/功能和精度。

其次，大地测量仪器1被设计成可以包括不同类型的各种可更换的大地测量勘测或投影模块4，从而仅利用同一基本(基础)结构(为基座2的形式)就可以提供不同的大地测量功能，这关于图3更详细地进行了描述。换句话说，大地测量仪器1被配置成使得不仅提供一个(通用组)模块4，而且多种模块4可以与基座2组合，从而提供了一组大地测量能力。大地测量仪器1通过容易地用另一模块更换测量或指向模块4来用作多目的大地测量仪器。由于大地测量模块4可以容易地被更换为另一大地测量模块4，所以提供了高灵活性和改进的应用范围，即，基座模块2可以与不同的勘测和/或投影模块4组合。

第三，由于大地测量模块4可以容易地附接至基座2和从基座2拆卸，并且由于大地测量模块4可以用作半自主或临时自主大地测量单元，所以进一步增强了高灵活性和改进的应用范围，例如，用于快速或补充测量，快速或临时改变利用整个仪器1无法接近或难以接近的一个或多个位置。提供了模块安装和拆卸以及静止测量和徒手测量的灵活性。

图2a和图2b以3D视图更详细地示出了大地测量仪器1的示例性实施方式-例如旨在用于在施工现场处的大地测量或参照。

在图2a中，示出了具有对接至基座模块2的大地测量勘测和/或投影模块4的大地测量仪器1。为了附接，基座2以及勘测和/或投影模块4包括接口5，或者说仪器1包括接口5，接口5的一部分位于基座2处，而对应部分位于模块4处。在图2b中更详细地示出了接口5。

基座模块2可选地在其下侧面或底面2s上包括连接器(未示出)，该连接器用于将仪器1连接至例如三脚架的支架。另选地或附加地，底面2s被设计成例如平坦的表面或具有三个接触点，使得仪器1可以被稳定地放置在表面(底部)上，因此仪器1被设计成使得仪器1的重心稳固地位于底部表面2s内。

如图所示，示例性仪器1关于竖直轴线V不对称。这便于操作者简单地安装和拆卸勘测和/或投影模块4。

图2b例示了具有所拆卸的勘测和/或投影模块4的大地测量仪器1，使得接口5是可见的。还示出了基座2的竖直轴线V和水平轴线H，并且相应地附接至基座的模块4可以绕竖直轴线V旋转，水平轴线H作为第二轴线，当模块4借助于一个或更多个驱动器和角度传感器被附接时，模块4可以通过接口5绕第二轴线旋转，这将在下面的附图中进行详细描述。例如，接口5被集成在用于绕水平轴线H驱动模块4的驱动单元中。

如图2b的上部所示，接口5包括机械部5a、电连接部5b和光学连接部5c。还可以说存在两个接口，即，用于将模块4紧固到基座的机械接口5a和用于能量供应和数据传输的光学和电接口5b、5c，其中，两个接口5a和5b、5c被实施成接合接口5。

如上所述，接口5包括机械定心和固定件5a以及电连接部5b和光学连接部5c。接口5被设计成使得模块4可以利用仅一次操作(例如，利用一次平移或旋转)、使用或优选地不使用任何工具而被非常容易地安装到基座2和从基座2拆卸。例如，接口5包括用于拆卸模块4的释放按钮，并且该按钮仅需被“点击”以进行安装。另选地，模块4可以在不释放按钮的情况下滑入或压入以及滑出或压出。例如，该接口包括将大地测量模块4与基座2连接的单个八极连接器。

因此，尽管接口5按以下方式设计：使得能够快速紧固不同类型(并且因此通常具有不同的几何形状和质量或质量分布)的各种勘测模块4，但是接口5还按以下方式设计：使得保证模块4与其基座2之间的反复稳定连接。也就是说，尽管受到诸如温度变化、各种拆卸和安装过程之类的环境影响并且尽管接口5被实施成各种勘测和/或投影单元4的插座的事实，该安装仍保持位置精确。因此，无论模块更换的频率多高或测量任务的时间有多长，高精度接口5允许相应模块4的内部参照点不偏移，而是关于公共参照位置对任何协调测量或投影进行精确地参照。接口5结合了易操作和灵活性以及高稳定和可再现的安装位置精度。

图3示出了各种不同类型的勘测和/或投影模块4a-4d的示例，它们都可以安装在基座2上。也就是说，仪器1被设计成使得一种类型的大地测量模块4a-4d与另一类型的另一大地测量模块可互换。因此，仪器1可以有利地配备有不同的勘测头或投影头，从而使得能够利用同一基座2作为主要结构来实现多种大地测量功能。

图3示出了基座2，基座2包括在左侧的机械和光电接口5以及四个不同的示例性大地测量模块4a、4b、4c和4d，它们中的各个大地测量模块可以与基座2组合以形成不同的大地测量仪器1。因此，作为基本支持单元、驱动单元、能量单元和计算单元(提供限定的定位机制、控制和数据评估装置、能源供应、HMI元件以及诸如电击保护的附加基础设施)的仅一个基座2就足以用于实现各种大地测量和建造辅助功能。优选地，各个模块4a-4d包括标识符(例如通过RFID)，使得基座2可以自动识别哪种类型或哪个单个模块4a-4d被安装。

第一示例性大地测量模块4a被实现成望远镜勘测头。由诸如激光源或模块4内部的SLED之类的光源(未示出)生成的测量束通过物镜10被发射到对象点上。反射束由光学传感器(未示出)通过物镜10捕获，并且例如基于TOF或相位测量，从传感器信号计算到对象点的距离。测量束可以是可见的，或者也可以生成另一可见光束作为指示物。模块4a还可以包括相机(物镜10是其一部分)，使得用户可以捕获环境的图像或实时流，并在模块4a的显示器(未示出)上观看它们。

当以独立方法使用时，模块4a可以用作电子测距仪或相机。与基座2结合，提供了为全站仪型或电子视距仪型或激光跟踪仪型形式的大地测量仪器1。

第二示例大地测量模块4b被设计成点和线激光投影模块，因此提供了对空间参照的可见标记的功能。点激光器11a例如可以用于点指向或铅垂标记或垂直标记，而两个(或更多个)线激光器11b、11c可以标记竖直参照线或水平参照线(取决于模块4b的取向)。当从基座2拆卸时，大地测量模块4b几乎可以被定位在任何地方，而与基座2组合时提供作为大地测量仪器1的建造激光水平仪或旋转激光器。如图所示，在该示例中，第一线激光器11b垂直于第二线激光器11c，并且点激光器11a垂直于两个线激光器11b、11c。

模块4c是第三示例，并且被实施成激光扫描头。模块4c包括用于使测量束快速偏转的可旋转偏转元件23，使得可以获得对象表面的大量3D坐标的密集扫描图案。

第四示例是模块4d，其被实施成多照片测量头。模块4d包括分布在模块4d的壳体上的多个光电传感器或光电检测器24。

图4例示了免工具可安装和可拆卸的大地测量勘测和投影模块4e的另一示例，其提供特定大地测量功能并且可以非永久地或有限制地用作独立大地测量单元。模块4e包括勘测望远镜40，用于使用测量束41对目标点进行协调测量。此外，模块4e包括水平投影线激光器42和竖直投影线激光器43以及正交投影点激光器44。在可以看到的示例中，两个线激光器42、43中的各个线激光器的发射方向或平面彼此垂直并且与点激光器44的发射方向垂直。

为了捕获周围或勘测环境的图像，模块4e在顶部具有全景照相物镜46，并且在一侧具有广角物镜47，由此两个物镜可以是组合的全景和广角相机的一部分。另外，大地测量模块4e包括照明灯45(作为闪光灯的一种)，用于对望远镜40和/或照相物镜46、47的目标对象或视场进行照明。

图5a和图5b例示了大地测量仪器1的一些“内部”组件。

图5a是大地测量仪器1的剖视图，非对称基座部分2在左侧和底部，并且可拆卸模块单元4在右上部。

勘测和/或投影模块4包括电池16、具有永久或非永久数据存储部的数据处理单元17、以及勘测和/或投影单元18。

基座模块2包括下部，该下部具有电池14，电池14用于向基座2(例如，用于改变取向的电动机、处理器15)提供能量并通过接口5到达模块4。代替电池14或除了电池14之外，基座2包括用于连接至外部电源的电力单元。此外，测斜仪传感器25是基座2的一部分，用于测量仪器1的倾斜度。

基座2在其下部中在上方包括用于使基座2及其模块4(如果被附接)绕竖直轴线V旋转的第一或竖直驱动单元13。另外，上部包括用于使模块4绕水平轴线H旋转的第二或水平驱动单元12。在该示例中，接口5和角度编码器被集成在驱动单元12中，驱动单元12在图5b中更详细地示出。优选地，除了接口5之外，第一驱动单元12和第二驱动单元13在结构上基本相同。如可以看出的，基座2由于位于下部电池部分的一侧处的非中心上部而关于轴线V不对称。

图5b详细示出了第一(或类似地第二)驱动单元12。驱动单元包括电动机19、角度测量系统或角度传感器20以及轴承21。此外，图5b示出了具有机械定心和固定件5a、电触点5b和光学接口5c的接口5。所提出的驱动单元12或13提供了用于大地测量仪器1的精确旋转或改变其瞄准或对准方向的紧凑且仍然可靠且鲁棒的装置。

图6示出了如图5a所示的实施方式的变型。与上述实施方式的不同之处在于，包括电池14的电池或电力单元部分2b通过接口5'与主要部分2a分离并附加至主要部分2a，主要部分2a包括CPU 15、第二驱动器12和第一驱动器13。通过第一驱动器13，主要部分2a并且因此模块4可以绕竖直轴线并且相对于电池部分2b被驱动。因此，不必移动相对较重的电力单元14，从而节省了能量。

优选地，电力单元部分2b可以从主要部分2a免工具地拆卸。这允许快速且容易地更换或替换电池14，而不需要大地测量工作的较长中断。

在特别有利的实施方式中，在更换主电池14期间或者在基座电池14的供电出现任何故障的情况下，整个仪器1通过接口5由模块电池16临时供电。因此，有利地，在主电池14电量低或损坏的情况下，存在模块电池16形式的电储备。这允许受限的操作连续性(相对于时间和/或功能受限)，例如，这在另外必须从头开始完全重复的测量的情况下特别有利。至少，模块电池16的“紧急”电力储备防止数据丢失，因为至少它在仪器1关闭之前给出了永久存储测量数据的时间。

图7a和图7b例示了通过机械接口5a将大地测量仪器的两个可分离模块或单元相对于彼此的位置稳定固定的方法。

图7a在上部示出了用于安装或连接勘测或投影模块和基座模块的机械接口5a(的一部分)的两个3D视图。在下部，存在两个侧视图和剖视图。在左侧，图7a示出了分离或拆卸的接收部分和插入部分(半分解图)，在右侧，示出了模块彼此附接时的接口5a。

如图所示，接口5a包括三个球27，这三个球27被固定在圆锥形接收部(孔)28中，圆锥形接收部28绕中心(120°角距)均等地分布，并且是基座模块2的一部分。球27将由一对细长圆柱形引导元件26夹紧，各个引导元件26位于勘测模块4处的接口的对应部分中。夹紧例如通过磁力来实现。因此，例如，圆柱体26由钢制成，而球27由钢或陶瓷制成，并且位于装置(未示出)中心或位于球(未示出)周围的磁体朝向彼此拉动两个部分4和2(也参见图8a)。这种配置导致自动定心联接。

作为图7a所示的配置的一种可能另选方式是一种既坚固又不受公差限制的接口，该接口也可以补偿热膨胀，固定件50包括三个等间隔的圆柱体26(或细长棱柱体)，各个圆柱体都被夹紧到一对球27中。就是说，与图7a所示的实施方式不同，不是球27由圆柱体26固定，而是相反圆柱体26由球27固定。

图7b以粗略的剖视图示出了另一另选方式，其例示了位置稳定接口的基本原理。基座模块2包括分布在一区域或一平面中的三个球面拱顶27a。由两点接收部26a接收球面拱顶27a，该两点接收部26a相应地分布在勘测模块4处的接口处。

图8a至图8f以剖视图示出了用于紧固装置的示例，该紧固装置作为仪器的机械接口或其一部分，例如用于方便且用户友好但是位置稳定地将勘测和/或投影模块4安装到基座模块2上和从基座模块2拆卸(各个紧固装置在相应附图中仅象征性地示出)。

图8a示出了如上已经描述的使用磁力的第一示例。从而该仪器包括一组磁体29a、29b。位于可拆卸部分4处的第一组磁体29a将力施加到位于静止部分2处的第二组磁体29b。因此，勘测模块4可以通过对接到基座部分2上来安装，并且可以通过将其拉开而拆卸。

图8b示出了另一示例，其中，接口通过在基座部分2处的螺钉30b被固定，该螺钉30b进入在可移动部分4中的螺纹30a中。螺钉30b因此可以如所示的用手免工具地旋转，或者另选地被设计成利用如螺丝刀的专用工具或如硬币或钥匙扣之类的物品作为工具进行操纵。

图8c示出了销31a通过爪31b固定在基座部分2处的实施方式，爪31b被预装载有弹簧31c(由黑点表示)。爪31b和基座部分2处的接口由此按以下方式形成：使得在安装状态下由于弹簧31c而施加力。

图8d示出了具有卡口紧固件32的实施方式，由此在图8d的下部中还给出了鸟瞰图。模块4包括卡口紧固件的内部部分32a，并且模块2包括外部(对应)部分32b。

图8e示出了具有爪33b的另一实施方式。其中，销33a由爪33b固定在基座部分2处，爪33b可以旋转，如图8e的下部所示，示出了爪33b的3D视图。

图8f示出了在基座部分2处具有球形锁销34b的示例，该球形锁销34b由模块4处的接收部34a固定以用于附接。

优选地，机械接口包括如图8b、图8c、图8e和图8f所示的不多于一个固定装置。因此，在所有示例中，用户的手的一次移动就足以安装或拆卸(固定和松开)大地测量仪器的可分离单元。

本领域技术人员知道以下事实：如果没有另外说明，则此处关于不同实施方式示出和说明的细节在本发明的意义上也可以以其它排列来组合。

Claims (15)

1.一种大地测量仪器(1)，特别是用于建筑工程，所述大地测量仪器(1)包括由基座模块(2)支撑的勘测和/或投影模块(4、4a-4d)，其中，所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)包括采集和/或投影对象数据的至少一个传感器(18、24)和/或投影仪(18、11a、11b)，并且

所述基座模块(2)包括

·电力单元(14)，所述电力单元(14)用于为所述大地测量仪器(1)供电，

·第一处理器(15)，所述第一处理器(15)由所述电力单元(14)供电，用于处理大地测量数据并控制所述大地测量仪器(1)，

·驱动器(12、13)，所述驱动器(12、13)由所述电力单元(15)供电，适于绕两个旋转轴线(H、V)驱动所述大地测量勘测和/或投影模块，所述两个旋转轴线(H、V)具体是水平轴线(H)和竖直轴线(V)，

·至少一个角度编码器，所述至少一个角度编码器用于测量所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)关于所述两个旋转轴线(H、V)的旋转位置，

其中，所述大地测量仪器(1)包括

·光学接口和/或电接触接口(5、5b、5c)，所述光学接口和/或电接触接口(5、5b、5c)适于在所述基座模块(2)与所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)之间传输数据和/或能量，以及

·机械接口(5、5a)，所述机械接口(5、5a)适于将所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)机械地连接至所述基座模块(2)，

从而

·所述接口(5、5a-5c)被设计成使得所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)能够由用户(3)安装至所述基座模块(2)并从所述基座模块(2)拆卸，并且

·所述大地测量仪器(1)被设计成将不同大地测量类型的各种勘测和/或投影模块(4、4a-4d)安装至所述基座模块(2)，并执行相应的不同大地测量勘测和/或投影功能。

2.根据权利要求1所述的大地测量仪器(1)，

其特征在于

所述大地测量仪器(1)按以下方式设计：使得所有能够安装的各种勘测和/或投影模块(4、4a-4d)参照同一坐标原点。

3.根据权利要求1或2所述的大地测量仪器(1)，

其特征在于

所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)被设计成具有电池(16)、数据存储部和第二处理器(17)的便携式独立勘测和/或投影模块(4、4a-4d)，使得能够实现利用从所述基座模块(2)拆卸的所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)进行临时的、特别是徒手的勘测和/或投影，特别是其中，所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)的所述电池(16)用作整个大地测量仪器(1)的电力储备。

4.根据前述权利要求中任一项所述的大地测量仪器(1)，

其特征在于

所述接口(5、5a-5c)被设计成使得通过所述用户(3)的单次手动操作就能实现将所拆卸的勘测和/或投影模块(4、4a-4d)可操作地安装至所述基座模块(2)，并类似地拆卸所安装的勘测和/或投影模块(4、4a-4d)，所述单次手动操作特别是

·恰好一次基本线性或旋转的手移动，和/或

·由此所述机械接口(5、5a)被设计成免工具地安装和拆卸所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)，和/或

·所述机械接口以及所述光学接口和/或电接触接口(5、5a-5c)被设计成接合接口(5)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的大地测量仪器(1)，

其特征在于

所述机械接口(5、5a)被设计成使得所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)到所述基座模块(2)的机械稳定安装通过以下中的至少一者来固定，特别是通过恰好一者来固定，

·磁体(29a、29b)，

·一个螺钉(30b)，

·一个装载有弹簧的爪(31b、31c)，

·一个可扭转爪(33b)，

·卡口紧固件(32、32a、32b)，

·一个球形锁销(34b)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的大地测量仪器(1)，

其特征在于

所述机械接口(5、5a)按以下方式设计：使得各个勘测和/或投影模块(4、4a-4d)的安装位置能够精确地再现并且是热稳定的。

7.根据权利要求6所述的大地测量仪器(1)，

其特征在于

所述机械接口(5、5a)包括彼此以相等角度间隔开的至少三个引导元件(50)，从而各个引导元件包括球(27)或球面拱顶(27a)和作为接收对应部分的两点支撑件(26、26a)。

8.一种大地测量仪器基座模块(2)，所述大地测量仪器基座模块(2)包括

·电力单元(14)，

·处理器(15)，所述处理器(15)由所述电力单元(14)供电，用于处理大地测量数据并控制所述基座模块(2)，

·机械接口(5、5a)，以及

·光学接口和/或电接触接口(5、5b、5c)，

其中，所述接口(5、5a-5c)被设计用于由用户(3)安装和拆卸不同大地测量类型的各种勘测和/或投影模块(4、4a-4d)，并且

其中，所述处理器(15)适于控制各个勘测和/或投影模块(4、4a-4d)，

所述基座模块(2)还包括

·驱动器(12、13)，所述驱动器(12、13)由所述电力单元供电，适于绕两个旋转轴线(H、V)驱动所述机械接口(5、5a)和/或所述基座模块(2)，所述两个旋转轴线(H、V)具体是水平轴线(H)和竖直轴线(V)，

·至少一个角度编码器，所述至少一个角度编码器用于测量各个旋转位置。

9.根据权利要求8所述的大地测量仪器基座模块(2)，

其特征在于

所述基座模块(2)包括

·电力单元部分(2b)，所述电力单元部分(2b)包括所述电力单元(14)，以及

·主要部分(2a)，

从而，所述驱动器包括

·第一驱动单元(13)，所述第一驱动单元(13)用于使所述主要部分(2a)相对于所述电力单元部分(2b)绕第一轴线旋转，特别是绕竖直轴线旋转，以及

·第二驱动单元(12)，所述第二驱动单元(12)用于使所述接口相对于所述主要部分(2a)绕第二轴线旋转，特别是绕水平轴线旋转。

10.根据权利要求8或9所述的大地测量仪器基座模块(2)，

其特征在于

所述基座模块(2)关于竖直轴线(V)不对称。

11.根据权利要求9或10所述的大地测量仪器基座模块(2)，

其特征在于

所述机械接口和所述光学接口和/或电接触接口(5、5a-5c)被集成在所述第二驱动单元(12)中。

12.一种勘测和/或投影模块(4、4a-4d)，所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)包括

·机械接口(5、5a)，所述机械接口(5、5a)被设计成将所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)连接至根据权利要求8所述的基座模块(2)，以及

·光学接口和/或电接触接口(5、5b、5c)，所述光学接口和/或电接触接口(5、5b、5c)适于在所述基座模块(2)与所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)之间传输数据和/或能量。

13.根据权利要求12所述的勘测和/或投影模块(4、4a-4d)，

其特征在于

所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)按以下方式被设计成具有电池(16)、数据存储部和处理器(17)的便携式独立大地测量勘测和/或投影模块(4、4a-4d)：使得能够实现利用从所述基座模块(2)拆卸的所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)进行临时大地测量勘测和/或投影、特别是徒手的勘测和/或投影。

14.根据权利要求12或13所述的勘测和/或投影模块(4、4a-4d)，

其特征在于

所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)被实施成

·激光扫描头(4c)，

·光电勘测头(4a)，

·摄像头(4d)，和/或

·点激光投影仪和/或线激光投影仪(4b)，特别是包括第一线激光器(11b)、第二线激光器(11c)和点激光器(11a)，从而两个线激光器(11b、11c)中的各个线激光器的发射平面被定向成彼此正交并与所述点激光器(11a)的发射方向正交。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的勘测和/或投影模块(4、4a-4d)，

其特征在于

所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)包括

·望远镜，和/或

·全景物镜和/或广角物镜(10)，

以及照明灯，所述照明灯用于对所述望远镜和/或所述物镜(10)的视场进行照明，特别是其中，所述勘测和/或投影模块(4、4a-4d)包括被设计用于跟踪大地测量目标的自动目标识别单元。

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