CN1228527A - 电子水准仪和与其配合使用的水准标尺 - Google Patents

Abstract

一种电子水准仪(2)用的水准标尺(1),在沿该水准标尺(1)纵向方向上相邻设置有多个条形标志(11),所述标志(11)相平行且垂直于水准标尺(1)的长度。这些标志(11)以一恒定间距(P)排布。该水准标尺(1)纵向方向上标志(11)的宽度尺寸由许多整数表示。从一数列中选取的预定个数数值的一个排列,其排布不同于从该数列任意其他部分中选取的另一排列,而且该数列由宽度尺寸比的一个序列构成。

Description

电子水准仪和与其配合使用的水准标尺

本发明涉及一种用来自动测定照准位置的电子水准仪和与这种电子水准仪配合使用的水准标尺。

作为这种电子水准仪和与该电子水准仪一起使用的水准标尺，迄今例如已公开于下述日本公开的未审查专利申请文件No.4959/1995中。也就是说，水准标尺上有第一图案和第二图案，在第一图案中，相同宽度的标志以第一间距排布，而在第二图案中，标志以第二间距排布，第二间距与第一间距不同。对水准标尺进行照准以检测第一与第二图案，然后用模拟方式处理所检测到的信号，由此获得照准位置。

在上述传统的电子水准仪中，在对排布于该水准标尺上第一图案与第二图案所作的模拟处理的基础上获得照准位置。因此，可能会受到干扰。例如，背景或水准标尺与电子水准仪之间的任何障碍物都会使测量无法进行。

日本专利申请No.194321/1996公开了一种电子水准仪用的水准标尺，有多个条形标志在沿水准标尺的纵向方向上相邻设置，且相互平行。水准标尺纵向方向上这些条形标志的宽度尺寸相等。各自相邻条形标志的间距比由多个整数表示。使来自各间距之比数列的一预定数目中连续选取的许多数值的排列不同于从该数列任意其它位置中所选取的排列。其中还公开了一种电子水准仪，它包括：图案检测部分(或装置)，用来检测水准标尺上条形标志的一列图案；存储部分(或装置)，用来预先将该数列存入其中；和计算部分(或装置)，它用来根据来自图案检测部分的检测信号，得到各自相邻条形标志间距比的排列与存储部分中数列的哪部分相一致(coincide)。这样，由一致部分的位置获得照准位置。在这种已有技术方案中，由于水准标尺上标志的图案列受到数字化处理，所以它比上述日本公开的未审查专利申请文件No.4959/1995中所公开的模拟处理型水准仪对干扰的敏感度更小。

但是，在上述日本专利申请No.194321/1996所公开的技术中，可能在水准标尺与水准仪之间存在障碍物。在一个标志由此被隐藏在障碍物之后的情况下，不可能同时读取分别位于隐藏标志上侧与下侧上标志的上间距与下间距。因此，不可能得到整数构成的排列，而需要用该排列从视准范围内的图象中获得照准位置。

另一方面，若使形成数列的整数种类增加，则可以减少所需用来测定照准位置的数字(figure)数目，即减小待抽取或选取以形成一排列的预定整数数目。这意味着存在于视准范围内的标志数目可更少。因此，即使水准标尺与电子水准仪间的间距变得更小而有一必然更小或更窄的视准范围，测量仍可进行。另一方面，当整数的种类增加时，却难以识别标志。而且，当水准标尺与电子水准仪之间的间距较大时，在扰动的影响下会发生错误。因此，不可能很大程度地增大水准标尺与电子水准仪之间的间距。

减少整数的种类有利于水准标尺与电子水准仪之间有一大间距。但是，这需要增大上述需要用来确定照准位置的预定数目。因此，不可能大幅度减小水准标尺与电子水准仪之间的距离。

因此，本发明的目的在于解决上述问题。

为实现该目的，根据本发明，提供一种电子水准仪用的水准标尺，在沿该水准标尺的纵向方向上相邻设置多个条形标志，所述标志相互平行且垂直于该水准标尺的长度，其特征在于：所述标志以一恒定间距排布；在该水准标尺纵向方向上该标志的宽度尺寸由许多整数表示；以及从一个数列中选取的预定个数数值的一个排列，不同于从该数列任何其他部分中选取的另一个排列，而且该数列由宽度尺寸比的一个序列(sequentialarray)构成。

在其中标志间距有变化的已有技术中，若未能检测出一个标志，则如上所述不可能识别出两个间距。相反，若标志以一恒定间距排布，并通过改变标志的宽度尺寸来获得排列，则仅牺牲了对一个宽度尺寸的检测，因位于水准标尺与电子水准仪之间的干扰障碍物会防止检测一个标志。

优选的是，至少两种标志的宽度尺寸设定在象这样的接近值，即当电子水准仪与水准标尺之间的距离小于预定距离时，这些接近值使其间能进行识别。甚至当具有接近数值的标志被识别或看作具有相同尺寸时，第二预定个数的一些数值的排列也不同于从所述数列任意其他部分选取的另一排列，且该第二预定个数的一些数值的排列不同于所述预定个数的一些数值的排列。那么，可以减少待选取以构成该排列的标志数目，因而，由于当水准标尺与电子水准仪之间的距离小的时候可清楚地识别所有标志，所以能减小该距离。在水准标尺与电子水准仪之间的距离大的情况下，可以通过将至少两种标志的宽度尺寸定位判明或视作相同来使识别出标志的距离变大。若把多个标志的宽度尺寸视作具有相同尺寸，则减少了表示标志宽度尺寸的整数种类。因此，增大了所需用来确定或定位照准位置的标志数目。但是，当水准标尺与电子水准仪之间的距离大时，落入照准范围之内的标志数目较大，从而不会出现问题。

当通过从天花板表面悬挂水准标尺来获得从天花板到照准位置的距离时，在其中以一模拟处理方法得到照准位置的传统技术中，不可能自动检测出水准标尺处于倒转状态。因此，必须预先将水准标尺处于倒转状态的信息存入电子水准仪中，而且把用来处理通过视准标志所得到的模拟信号的计算公式转换为专门用于水准标尺倒转状态的另一公式。

因此，优选设置的是，通过逆转上述排列中数列的顺序而得到的一个排列，不同于从整个水准标尺任意其他部分中选取的另一排列。按照这种设置，在水准标尺倒转状态下所获得的排列中整数的顺序，与水准标尺直立状态下的顺序相反。根据具有这种顺序的排列并不存在这一事实，可以自动查出已将水准标尺置于倒转状态下。

用来与这种水准标尺配合使用的电子水准仪优选包括：一图案检测部分，用来检测该水准标尺的一列图案；一存储部分，用来将数列预先存入其中；和一计算部分，用来根据来自图案检测部分的检测信号获得每个标志宽度尺寸比的一个排列与存储部分中该数列的哪部分相一致。

特别是，在用来照准这种水准标尺的电子水准仪中，其中通过逆转数列顺序所得到的一个排列不同于从该数列任意其他部分选取的另一排列，不论水准标尺处于直立状态还是处于倒转状态，由标志的宽度尺寸比所构成的排列或其逆排列，均与存储部分中的序列任意部分相一致。

换句话说，若水准标尺处于直立状态，则该排列对应于存储部分中序列的任意部分，而若水准标尺处于倒转状态，则逆排列对应于存储部分中序列的任意部分。当逆排列对应于存储部分中序列的任意部分时，可以判定水准标尺处于倒转状态。

通过参照以下在结合附图考虑时的详细描述，本发明以上和其他目的及其优点将变得很明显，附图中：

图1是表示一水准标尺与一电子水准仪布置的示意图；

图2是表示电子水准仪基本结构的方框图；

图3是表示水准标尺表面上标志排布的一个实例图解；

图4是表示水准标尺表面上标志排布的另一实例图解。

参见图1，参考标志1代表一水准标尺。该水准标尺1由一电子水准仪2照准，以便测量照准位置的高度“h”，水准标尺1具有以一恒定间距排布于白色表面上的黑色标志11。通常使水准标尺1以其直立状态(即以通常姿态)置于地板或地面上。有时还使其在如图所示的倒转状态(即，头朝下)时置于天花板“C”上。这样，测量从天花板“C”到照准位置的距离“h”。下文也将该距离称作与直立状态情况下方式相同的照准位置高度“h”。虽然图中未示出，但是在水准标尺1的背面上印有数字，以便操作者在用其眼睛进行照准的情况下也能使用水准标尺1。因此，不必担心把水准标尺1的上下搞错。如下文更详细描述的那样，在垂直方向上(即，在水准标尺的纵向方向上)所取标志的宽度尺寸相互不等，但几种宽度以一预定顺序排布。

参见图2，电子水准仪2中配备有光学系统21和自动倾斜补偿机构(补偿器)22。光学接收的水准标尺1图像由一分束器23分入行传感器(line sensor)24。穿过分束器23的图像构成一照准光学系统，而分入行传感器24的图像构成一成象光学系统。照准光学系统包括上述光学系统21、补偿器22、分束器23、分划板20a和目镜20b。成象光学系统包括光学系统21、补偿器22、分束器23和行传感器24。行传感器24将水准标尺1的光接收图像转换为电信号，并将它输出至放大器25。把放大器25所放大的信号以与时钟驱动器26的时钟信号同步的方式传送给一采样保持装置(S/H)27。通过采样保持电路27的A/D(模拟/数字)转换器，把保持在采样保持装置中的信号转换为一数字信号。把转换为数字信号的该信号存入随机存取存储器(RAM)28中。一微型计算机3根据存入RAM28中的信号确定每个标志11的宽度尺寸。微型计算机3还根据标志11宽度尺寸和预先存入只读存储器(ROM)31中的表值(table value)来确定照准位置的高度“h”。驱动电路29是用来控制行传感器24工作的电路。由于照准光学系统的光轴与成象光学系统的光轴相互重合设置，所以水准标尺1上的照准位置与成象光学系统中的照准位置相互重合。

如图3所示，水准标尺1上的标志11以恒定间距“P”排布。若水准标尺1总长4m而标志间距11为16mm，则水准标尺1上可容纳249个标志11。在本发明的优选实施例中，采用了六种标志11，每种标志的宽度尺寸分别为3mm、4mm、7mm、8mm、11mm和12mm。微型计算机3取得如上所述标志11的宽度尺寸。根据本实施例，不用六种标志11的实际宽度尺寸，而是使用如图3“N”栏中所示的六种整数0、1、2、3、4、5对应于实际宽度尺寸。因此，采用六种整数的标志11数列的一个实例如下表示：

··0,5,1,2,4,0,5,3,1,0,4,3,2,1,3,2··                    …(1)

该数列应如此排列：当通过从数列(1)中选取或抽取任意个整数来组成一个排列时，通过从数列(1)的一部分中抽取整数所组成的一个排列不同于通过从该数列的另一部分中抽取整数所组成的另一排列。另外，在水准标尺1垂直倒转条件下所得到的排列应不同于在水准标尺1直立状态下所得到的任何排列。因此，把从数列(1)中所抽取的整数个数确定为本发明优选实施例中的五个。这样，从数列(1)左端部分所抽取的排列的一个实例如下表示：

[0,5,1,2,4]                         …(2)

但是，在采集五个整数的过程中，它们不必总是连续的。例如，若与从数列(1)左端起第三个整数相对应的标志11被水准标尺1与电子水准仪2之间的障碍物挡住，则所要得到的排列可以是如下排列：

[0,5,^*,2,4,0]                           …(3)

这里，“^*”是障碍物所挡住的一个未知整数。

把与上述数列(1)中相同的数列作为一个表值存入ROM31中。确定该表值与排列(2)或排列(3)的哪部分相一致。然后，由一致的部分得到照准位置的高度“h”。

在水准标尺1处于倒转状态的情况下，如下给出的排列(4)可通过照准其中得到排列(2)的位置来得到。

[4,2,1,5,0]                              …(4)

如上文所述，由于如此设置排列(4)使得它与数列(1)的任何部分不相一致，所以在得到排列(4)时，微型计算机3将判定水准标尺1处于倒转状态并显示出其效果。此外，微型计算机3将使排列(4)的顺序逆转，并将把排列(4)的顺序转换成一逆排列，该逆排列与排列(2)相同，从而把逆排列与数列(1)作比较。

若水准标尺1与电子水准仪2之间的距离变大，则位于视准范围内标志11的数目增加，但每个标志的图像变小。由此，降低了识别的准确度。为了处理这一问题，根据本发明，进行以下排布。也就是说，当水准标尺1与电子水准仪2之间的距离已超过预定值(例如9m)时，根据水准标尺1的图像大小，将两种宽度尺寸的标尺11处理或视作具有相同的尺寸。例如，如图3“F”中所示，将3mm和4mm识别为具有相同的尺寸，从而使它们对应于0；将7mm和8mm识别为具有相同的尺寸，从而使它们对应于1；而将11mm和12mm识别为具有相同的尺寸，从而使它们对应于2。照这样，上述由六种整数所表示的数列(1)可由三种整数表示如下：

··0,2,0,1,2,0,2,1,0,0,2,1,1,0,1,1,..                             …(5)

除数列(1)外，还将数列(5)存入ROM31。由于形成数列(5)的整数种类减少到三种，所以必须增大待抽取以形成排列的整数数目。根据本发明的优选实施例，抽取八个整数以形成排列，由此可得到通过从数列(5)左端抽取八个整数而形成的以下排列：

[0,2,0,1,2,0,2,1]                      …(6)

另外，当由于一些(如两个)标志11被挡在一障碍后面而不能识别它们时，可以通过抽取不连续的八个整数来形成如下排列(7)：

[0,2,0,^*,2,0,^*,1,0,0]                   …(7)

这样，通过找出排列(6)或排列(7)与存入ROM31中数列(5)的哪部分相一致，来确定照准位置的高度“h”。当水准标尺1用于倒转状态时，把如上得到的排列逆转为逆排列，通过该逆排列和数列(5)可确定照准位置的高度“h”。

在图3的实施例中，当水准标尺1与电子水准仪2之间的距离短时，数列(1)由六种整数0-5构成。另一方面，当上述距离长时，数列(5)由三种整数0-2构成。但是，如图4所示，可以用具有例如3mm、4mm、6mm、8mm、10mm和12mm的六种宽度尺寸标志11的水准标尺1。当上述距离大时，将3mm与4mm识别为具有相同尺寸，由此由五种整数0-4构成该数列。

还有，还可以用诸如3mm、4mm、5mm、8mm、10mm和12mm之类的六种宽度尺寸的标志11。当上述距离大时，将3mm、4mm和5mm识别为具有相同尺寸，从而使它们对应于0，由此由四种整数0-3构成该数列。

如本文以上所述，在本发明的水准标尺与电子水准仪中，照准位置的高度是以基于标志宽度尺寸的整数排列为基础而得到的。因此，它并不受干扰。另外，由于根据水准标尺与电子水准仪之间的距离使形成排列的整数种类增加或减少，所以可以扩大水准标尺与电子水准仪之间的可测距离范围。

Claims (6)

1．一种电子水准仪(2)用的水准标尺(1)，在沿该水准标尺(1)的纵向方向上相邻设置多个条形标志(11)，所述标志(11)相互平行且垂直于该水准标尺(1)的长度，其特征在于：

所述标志(11)以一恒定间距(P)排布；

在该水准标尺(1)纵向方向上标志(11)的宽度尺寸由许多整数表示；以及

从一个数列中选取的预定个数数值的一个排列，不同于从该数列任何其他部分中选取的另一个排列，而且该数列由宽度尺寸比的一个序列构成。

2．根据权利要求1的水准标尺(1)，其中至少两种标志(11)的宽度尺寸设定在象这样的接近值，即当电子水准仪(2)与水准标尺(1)之间的距离小于预定距离时，这些接近值使其间能进行识别；甚至当具有接近数值的标志(11)被识别成具有相同尺寸时，其中第二预定个数的一些数值的排列也不同于从所述数列任意其他部分选取的另一排列，且该第二预定个数的一些数值的排列不同于所述预定个数的一些数值的排列。

3．根据权利要求1的水准标尺，其中通过逆转上述预定个数数值的排列中数列的顺序而得到的一个排列，不同于从整个水准标尺(1)任意其他部分中选取的另一排列。

4．根据权利要求2的水准标尺，其中通过逆转上述排列中数列的顺序而得到的一个排列，不同于从整个水准标尺(1)任意其他部分中选取的另一排列。

5．一种与权利要求1至4中任一权利要求的水准标尺(1)配合使用的电子水准仪(2)，包括：

一图案检测部分，用来检测该水准标尺(1)的一列图案；

一存储部分，用来将数列预先存入其中；和

一计算部分，用来根据来自图案检测部分的检测信号获得每个标志宽度尺寸比的一个排列与存储部分中该数列的哪部分相一致。

6．一种与权利要求3或4中水准标尺(1)配合使用的电子水准仪(2)，包括：

一图案检测部分，用来检测该水准标尺(1)的一列图案；

一存储部分，用来将数列预先存入其中；

一计算部分，用来根据来自图案检测部分的检测信号获得每个标志宽度尺寸比的一个排列与存储部分中该数列的哪部分相一致；和

第二计算部分，用来获得存储部分中该数列的哪部分与所述每个标志宽度尺寸比的排列和通过逆转所述排列方向得到的逆排列二者之一相一致。

Images