DD226066A1

DD226066A1 - ARRANGEMENT FOR HEIGHT MEASUREMENT, PREFERABLY TO GEOMETRIC NIVELMENT

Info

Publication number: DD226066A1
Application number: DD25534983A
Authority: DD
Inventors: Wieland Feist; Gerhard Huether
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1983-10-03
Filing date: 1983-10-03
Publication date: 1985-08-14
Also published as: CH665024A5; JPS6097208A; DE3428044A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Hoehenmessung, vorzugsweise zum geometrischen Nivellement. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zur Hoehenmessung so zu gestalten, dass durch eine Erhoehung des Signal-Rauschverhaeltnisses von Lattenteilstrich zu Umfeld sich die Genauigkeit der lichtelektrischen Messdatenerfassung ueber Fernstrecken erhoeht, so dass eine Objektivierung und Automatisierung des Messprozesses beim geometrischen Nivellement moeglich wird. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass ein optisches System mit einer Lichtquelle zum Aussenden eines infraroten oder eines sichtbaren Lichtstrahlenbuendels in der optischen Achse eines Zielfernrohres angeordnet ist und dass fuer die Messlatte eine reflektierende Teilung vorgesehen ist. Vorteilhaft ist es, wenn das optische System zum Aussenden des Lichtstrahlenbuendels und das Zielfernrohr eine gemeinsame optische Achse besitzen. Durch die Erfindung ist es moeglich, den Messprozess der Erfassung lichtelektrischer Messdaten zu objektivieren und den Datenfluss zu automatisieren sowie die Genauigkeit der visuellen Beobachtung durch Entlastung des Beobachters zu erhoehen. Dadurch wird auch die Anzahl der Ablese- und Uebertragungsfehler reduziert. Fig. 1The invention relates to an arrangement for height measurement, preferably for geometric leveling. The object of the invention is to design an arrangement for height measurement so that increases the accuracy of the photoelectric measurement data acquisition over long distances by an increase in the signal-noise ratio of bar pitch to environment, so that an objectification and automation of the measurement process in geometrical leveling is possible , The object is achieved in that an optical system is arranged with a light source for emitting an infrared or a visible Lichtstrahlenbuendels in the optical axis of a riflescope and that for the bar a reflective division is provided. It is advantageous if the optical system for emitting the Lichtstrahlenbuendels and the telescopic sight have a common optical axis. The invention makes it possible to objectify the measurement process of the acquisition of photoelectric measurement data and to automate the data flow and to increase the accuracy of the visual observation by relieving the observer. This also reduces the number of reading and transmission errors. Fig. 1

Description

Titel:Title:

Anordnung zur Höhenmessung, vorzugsweise sum geometrischen NivellementArrangement for height measurement, preferably sum geometric leveling

Field of application of the invention:

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Höhenmessung mit einem nivellier, das eine Einrichtung zur Stabilisierung der horizontalen Ziellinie zur Lotrichtung enthält, mit einer sichtbares Licht aussendenden Lichtquelle, einer in .Meßpunkt angeordneten Meßlatte, Mitteln zur Korizontierung und Orientierung von Instrument und Meßlatte sowie Mitteln zur objektiven, lichtelektrischen Ausmessung der Lattenanzeige. Die Erfindung ist insbesondere beim geometrischen Nivellement für alle Genauigkeitsklassen anwendbar.The invention relates to an arrangement for height measurement with a level, which contains a device for stabilizing the horizontal target line for Lotrichtung, with a visible light emitting light source, arranged in .Meßpunkt yardstick, means for tilting and orientation of the instrument and yardstick and means for objective , photoelectric measurement of the slat display. The invention is particularly applicable to geometric leveling for all accuracy classes.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Die geometrische Höhenmessung wird bekanntlich durch visuelle Beobachtungen ausgeführt. Sin Beobachter liest im Sehfeld eines genau horizontalen Pernrohres die Anzeige einer in einem Meßpunkt aufgestellten Meßlatte und deren horizontalen Sielstrich an einer vertikalen Lattenteilung ab· Elese Anzeige durchläuft eine Luftstrecke, die kein konstantes Medium darstellt, sondern atmosphärischen Bedingungen wie Sonneneinstrahlung, Temperaturgradient der bodennahen Luftschichten und Windeinfluß unterworfen ist. Diese äußeren Einflüsse auf die Lattenablesung und die Erfassung des sich bewegenden und deformierenden Bildes des Characteristic of the known technical solutions: The geometric height measurement is known to be carried out by visual observations. Sin Observer reads in the field of view of a precisely horizontal Pernrohres the display of a measuring point established in a measuring point and its horizontal Sielstrich on a vertical lath division · Elese display passes through an air gap, which is not a constant medium, but atmospheric conditions such as solar radiation, temperature gradient of the ground air layers and Wind influence is subjected. These external influences on the lath reading and the detection of the moving and deforming image of the

λ /,λ /,

Lattenstriches sind erschwerend für die visuelle Beobachtung, da in einem Meßprozeß immer mehrere Ablesungen hintereinander anfallen und der Beobachter zusätzlich die Zielsinstellung und die Registrierung der Ergebnisse der Lattenablesung vornehmen muß. Es ist bekannt, die Lattenablesung"durch Potoempfängerzeilen zu ersetzen und einen horizontalen Laserstrahl, der von einem Nivellier, ausgesendet wird als Index auf einer Meßlatte zu verwenden»Staff stroke are aggravating for the visual observation, since in a measuring process always several readings occur in a row and the observer must additionally make the target setting and registration of the results of the staff reading. It is known to replace the lath reading "by photoreceptor lines and to use a horizontal laser beam emitted from a leveling device as an index on a yardstick"

In der DE-AS 2 756 364 wird eine fotoelektrische nivellierlatte beschrieben, deren Meßbereich übereinander angeordnete, lichtempfindliche Blättchen von Fotodioden enthält, mit denen Impulse eines Lichtstrahles aus einem als Nivellierinstrument dienenden Lasersenders abgetastet ?;erden# Sine CCB-Anordnung zur Längenmessung, bei der beliebig viele CCD-Zeilen hintereinander angeordnet werden können, zur Erfassung eines beliebigen Meßbereiches .wird in dem DD-WP148' 823 ^: beschrieben. Fotoelektrische. Fivellierlatten haben den Nachteil, daß lineare Anordnungen von Potoempfängern sehr kostenaufwendig sind und dadurch nicht für einen großen Meßbereich ausgelegt werden. Dia Auflösung des Maßsystems ist an die Größe der Empfänger gebunden. Um größere Auflösungen zu erreichen, müssen mehrere gegeneinander versetzte Eeihen von Empfängern verwendet werden_? die eine komplizierte Auswerteelektronik erfordern. In der. HE-AS 1915 891 wird eine Vorrichtung zur Bestimmung der Lagekoordinaten eines Punktes mittels eines Laserstrahles dargestellt.In DE-AS 2,756,364 a photoelectric leveling staff is described, the measuring range contains superimposed, photosensitive flakes of photodiodes, which are used to scan pulses of a light beam from a laser transmitter serving as a leveling instrument? Sden # Sine CCB arrangement for length measurement, in the Any number of CCD lines can be arranged one behind the other, for detecting an arbitrary measuring range. This is described in DD-WP148 '823 ^: . Photoelectric. Leveling slats have the disadvantage that linear arrays of photoreceptors are very expensive and are therefore not designed for a large measuring range. Dia resolution of the measurement system is tied to the size of the receiver. To achieve greater resolutions, multiple staggered sets of recipients must be used _? which require a complicated transmitter. In the. HE-AS 1915 891 a device for determining the position coordinates of a point by means of a laser beam is shown.

Eine andere Methode der Höhenmessung besteht darin, das geometrische Nivellement auf ein trigonometrisches Nivellement zurückzuführen und die Ablesung an der Meßlatte durch eine genauere Teilkreisablesung zu ersetzen. Sieser Methode sind aber C-renzen gesetzt, da eine Winkelmessung stets genauer sein muß als die direkte -Höhenmessung,Another method of altitude measurement is to return the geometric leveling to trigonometric leveling and replace the reading on the yardstick with a more accurate pitch reading. However, this method has c-limits, since an angle measurement must always be more accurate than the direct-height measurement,

Aus der CH-PS 376 673 sind" Verfahren und Einrichtungen zum Messen von Strecken durch Ablesungen von Teilungen bekannt/From CH-PS 376 673 "methods and devices for measuring distances by readings of divisions are known /

Im Maschinenbau werden Maßstäbe für Auflicht-Meßsysterne zur Zählung von Ziffern verwendet, die vorwiegend dort eingesetzt werden, wo sich das Keßsystem direkt am Meßstab befindet.In mechanical engineering, standards are used for incident-light measuring systems for counting numbers, which are predominantly used where the sealing system is located directly on the dipstick.

Ziel der Erfindung:Object of the invention:

Durch die Erfindung sollen die genannten Nachteile beseitigt, die Genauigkeit der visuellen Beobachtung erhöht und der Meßproseß beim geometrischen nivellement vereinfacht werden. Weiterhin soll durch Entlastung des Beobachters bei der visuellen Beobachtung die Ablese- und Übertragungsfehler reduziert v/erden.The invention is intended to eliminate the aforementioned disadvantages, to increase the accuracy of the visual observation and to simplify the measuring process in the case of geometric leveling. Furthermore, by relieving the observer from visual observation, the reading and transmission errors are to be reduced.

Explanation of the reading of the invention:

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Höhenmessung so zu gestalten, daß durch eine Erhöhung des Signal-Eauschverhältnisses von Lattenteilstrich zu Umfeld sich die Genauigkeit der lichtelektrischen Meßdatenerfassung über Pernstrecken erhöht, so daß eine Objektivierung und Automatisierung des Meßprozesses beim geometrischen Nivellement möglich wird, !Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein optisches System mit einer Lichtquelle zum Aussenden eines infraroten oder eines sichtbaren Lichtstrahlenbündels in der optischen Achse eines Zielfernrohres angeordnet ist und daß für die Meßlatte eine reflektierende Teilung vorgesehen ist. "Vorteilhaft ist es, wenn das optische System zum Aussenden des Lichtstrahlenbündels und das Zielfernrohr eine gemeinsame optische Achse be-, sitzen.The object of the invention is to make an arrangement for height measurement so that increases the accuracy of the photoelectric exchange data acquisition over Pernstrecken by an increase in the signal-to-noise ratio of bar pitch to environment, so that objectification and automation of the measurement process in geometrical leveling is possible, This object is achieved in that an optical system is arranged with a light source for emitting an infrared or a visible light beam in the optical axis of a riflescope and that a reflective graduation is provided for the yardstick. "It is advantageous if the optical system for emitting the light beam and the telescopic sight a common optical axis loading sit.

Durch die Erfindung ist es möglich, den Meßprozeß der lichtelektrischen Meßdatenerfassung zu objektivieren, indem durch Ausnutzung der Einfachreflezion des Lichtes zur Abbildung eines selbstleuchtenden Lattenstriches die Bedingungen für die Automatisierung des geometrischen Nivellements geschaffen werden. Dadurch können die Ablese- und Übertragungsfehler reduziert werden, die durch einen Beobachter bei der visuellen Beobachtung entstehen.By means of the invention it is possible to objectify the measuring process of the photoelectric measurement data acquisition by creating the conditions for the automation of the geometric leveling by utilizing the simple reflection of the light to image a self-illuminating slatted line. This can reduce the reading and transmission errors caused by an observer during visual observation.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der scheinst!sehen Zeichnungen näher erläutert« Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings, which show:

Pig, 1 den Aufbau eines Bivelliers mit der erfindimgsgemäßen AnordnungPig, 1 the construction of a leveler with the erfindimgsgemäßen arrangement

Pig, 2 die Vorderansicht des JFivelliers Pig. 3 eine Meßlatte mit der entsprechenden Teilung Pig, 4 ein Blockschaltbild der Meßeinrichtung' Der Grundauf ο au'des Hivelliers in Pig. 1 entspricht dem Hi 002' des YEB Carl Zeiss JEHA. Die erfinduiigsgeaäße Anordnung·enthält ein optisches System, das aicial zur optischen Achse des ETivellierfernrohres angeordnet ist, Ss enthält eine Lampe 12 zum Aussenden eines infraroten oder eines sichtbaren Lichtstrahlenbündels und ein Eon&ensorsystem 13· Das Lichtstrahlenbündel wird weitergeleitet über die ümlenkprismen 14 und 15? durch einen Pendelspiegel 3 mit der spiegelfreien Fläche 17> den zwei Blenden 16, durch ein Objektiv 2 und eine Abschlußplatte λ auf"eine in sines Meßpunkt aufgestellte Meßlatte 33 (siehe Pig.. 3). Die spiegelnden Seilungsstriche 42 der Meßlatte 39 werden durch Reflexion des Lichtstrahienbündels aus der Lampe 12 7?ieder sun Nivellier surüokreflektiert, las aurüokreflektierte Licht tritt über die keiiige Abschlußplatte in das- Objektiv 2 ein und wird "von dieses gesammelt, von den Pendelspiegel 3 reflektiert und bildet in der Bildebene A die leuchtenden Teilungsstriche 42 scharf ab. In dieser Ebene befindet sich ein lifferenzfotoeinpfänger 5 und vor ihn angeordnet eine Blende 4. In dem Differensfotοempfänger 5 entsteht sin elektrisches: Signal_? das entsprechend des Blockschaltbildes in Pig. 4 weiterverarbeitet wird. Den Objektiv 2 ist ein Prisma nachgeordnet, daß das I-üeß-femrohrsystein bestehend aus den TeilenPig, 2 the front view of the J-level Pig. 3 a bar with the corresponding pitch Pig, 4 a block diagram of the measuring device 'the base of the Hivelliers in Pig. 1 corresponds to the Hi 002 'of the YEB Carl Zeiss JEHA. The device according to the invention comprises an optical system which is arranged aII to the optical axis of the leveling telescope, Ss contains a lamp 12 for emitting an infrared or a visible light beam and an electron system 13. The light beam is transmitted via the prism prisms 14 and 15. through a pendulum mirror 3 with the mirror-free surface 17> the two diaphragms 16, through a lens 2 and an end plate λ to "a measuring point 33 set up in a measuring point (see Pig .. 3) .The reflecting strains 42 of the measuring rod 39 are reflected of the light beam from the lamp 12 7 sun level is reflected, read back light enters via the keiige end plate in the lens 2 and is "collected by this, reflected by the pendulum mirror 3 and forms in the image plane A, the luminous graduation lines 42 sharp from. In this plane there is a lifferenzfotoeinpfänger 5 and in front of him arranged a diaphragm 4. In the differential photon receiver 5 is sin electrical: signal _? that according to the block diagram in Pig. 4 is further processed. The lens 2 is followed by a prism that the I-üeß-femrohrsystein consisting of the parts

ließpunktelet points

visuelles Zielfernrohrs;/st ein unwandelt, Die s'ü A analogs Bildebene befindet sich dann in B. las in der Bildebene B entstehende Bild wird über ein Zwischsnabbildungssysten: 9 .and einvisual riflescope; / st an unaltered, The s'ü A analogue image plane is then in B. las in the image plane B resulting image is about a Zwischsnabbildungssysten: 9 .and a

Differenzfotoenpfanger 5 sum Anzielen eines ließpunktes i:: einDifference bin taker 5 sum Targeting a let point i :: a

Prisma 8 in eine Bildebene 10 abgebildet und mit einem Okular betrachtet. Mit dem Objektiv 2 ist ein Islaßstab 18 fest verbunden, der von einem Leuchtdiodensystern 19 beleuchtet und an einem Index 20 mit einem Prequenzempfänger 27 abgelesen wird. Las Objektiv 2 ist außerdem an einer "!Führung 21 verschiebbar gelagert. Sine Zugfeder 26 kann das Objektiv 2 über eine Gleitfläche 22 ziehen, an der ein Exzenter 23 auf der 7/elle 25 eines Motors 24 angeordnet ist. Der Motor 24 ist in einem Gerätegehäuse 28 untergebracht. Das Gerätegehäuse 28 enthält eine weitere Führung 31, auf der der Pendelspiegel 3 in einem Gehäuse 32 angeordnet ist und mit einem nicht dargestellten Fokussiertrieb bewegt wird. Der Pendelspiegel· 3 erhält seine Dämpfung durch ein Luftdämpfungssystem 33.Prism 8 shown in an image plane 10 and viewed with an eyepiece. With the lens 2, a Islaßstab 18 is firmly connected, which is illuminated by a Leuchtdiodensystern 19 and read at an index 20 with a Prequenzempfänger 27. Las lens 2 is also displaceably mounted on a guide 21. A tension spring 26 can pull the objective 2 over a sliding surface 22 on which an eccentric 23 is arranged on the end 25 of a motor 24. The motor 24 is in one The device housing 28 contains a further guide 31, on which the pendulum mirror 3 is arranged in a housing 32 and is moved by means of a focusing drive, not shown, The pendulum mirror 3 receives its damping by an air damping system 33.

Die in Pig. 2 dargestellte Torderansicht des Uivelliers enthält das Gehäuse 28, das auf einem Unterteil 29 angeordnet ist, in dem sich der nicht ..dargestellte Seitenfeintrieb befindet. Ein Knopf 35 dient zur fokussierung des Pendelspiegels 3, ein weiterer Enopf 36 schaltet das Prisma 6 in seine Meßlage ein. An der Okularseite des ITivelliers ist ein Bedienpult 37 vorgesehen.The one in Pig. 2 shown Torderansicht the Uivelliers includes the housing 28 which is disposed on a lower part 29 in which the nicht ..dargestellt side fine drive is. A knob 35 serves to focus the pendulum mirror 3, another Enopf 36 turns the prism 6 in its measuring position. At the eyepiece side of the ITivelliers a control panel 37 is provided.

Pig. 3 zeigt einen Ausschnitt der Meßlatte 39 mit den verschiedenen Teilungsstrichen. In einem Holzkasten 38 ist wie üblich das Invarband mit seiner Meßteilung angeordnet. Auf der linken Seite des Holzkastens 38 ist die Heterteilung 39 und auf der rechten Seite die Dezimeterteilung 40 mit dem 1/2 Dezimeterpunkt und den Ziffern vorgesehen. Eine Meßteilung 41 trägt auf ihrem Metallband die spiegelnden Teilungsstriche An dem Eolskasten 38 ist weiterhin ein Richtglas 43 angeordnet, dessen Zielachsenebene 45 genau rechtwinklig zur Teilungsebene eingestellt wird. Sine Achse 46 einer Dosenlibelle 44 liegt parallel zu den spiegelnden Teilungsstrichen 42 und ermöglicht ein genaues Senkrechtstellen der Meßlatte 39. Durch das Richtglas 43 kann die Meßlatte 39 genau zum Meßgerät (nivellier) ausgerichtet werden.Pig. 3 shows a detail of the yardstick 39 with the various graduation marks. In a wooden box 38 as usual, the Invarband is arranged with its measuring graduation. On the left side of the wooden box 38, the heterteil 39 and on the right side of the Dezimeterteilung 40 is provided with the 1/2 decimeter point and the digits. A measuring graduation 41 carries on its metal band the specular graduation marks on the Eolskasten 38 is further a directional glass 43 is arranged, the Zielachsenebene 45 is set exactly right angles to the graduation plane. Sine axis 46 of a circular level 44 is parallel to the reflective dividing lines 42 and allows an accurate vertical positioning of the bar 39. By the sight glass 43, the bar 39 can be aligned exactly to the meter (level).

43464346

In Pig. 4 wird das Blockschalt "bild der Meßeinrichtung dargestellt. Über ein'Eingabepult 47 erfolgt die Auslösung des Meßprosesses, der durch einen Mikroprozessor 48 gesteuert wird. Mit dem Aus 1(3 se impuls schaltet eine Steuerung 49 den Scheinwerfer 51 und den Motor 50 ein. Ein Oifferenzfotoempfänger 52 erfaßt den Mulldurchgang des Lattenstriches. Das gewonnene elektrische Signal wird in einem Terstärker 53 verstärkt und durch einen Al.D-Wandler 54 in ein Digitalsignal umgewandelt. Dieses Signal startet einen Zähler 58, der die von einem Meß stab 18 kommenden Signale über einen ITotoempfänger 55_? einen Verstärker 56 und einen AID-Wandler 57 zählt. Diese Zählung wird durch den Uullstrich der Teilung beendet. Eine Steuerlogik 61- sorgt mit zusätzlichen Einrichtungen dafür, daß nur die Impulsstrecke die Nullstrich-Digitalsignale zählt. Der Mikroprozessor 48 berechnet dabei die Peinablesung und stellt mit der über die Eingabe 47 bereitgestallten visuellen G-robablesung die G-esamtablesung zusammen, die in einer Anzeige 59 oder in einer Eegistriereinheit 60 abgelesen wird.In Pig. 4, the triggering of the measuring process, which is controlled by a microprocessor 48, takes place via an input panel 47. With the switch 1 (3 sec), a control 49 switches on the headlight 51 and the motor 50. The extracted electrical signal is amplified in a power amplifier 53 and converted into a digital signal by an Al.D. converter 54. This signal starts a counter 58 which sends the signals from a measuring rod 18 to the signal source a ITotoempfänger _55? an amplifier 56 and an AID converter 57 is one. This count is ended by the Uullstrich of division. a control logic 61- makes additional means ensure that only the pulse zone counts the zero-wave digital signals. the microprocessor 48 calculates this the Peinablesung and provides with the provided via the input 47 visual G-roblexung the G-esamtablesung read in a display 59 or in an Eegistriereinheit 60.

Diese Anordnung zur Höhenmessung ist für das geometrische Nivellement vorzugsweise anwendbar, weil das Nivellier über .. eine genau horizontierte Ziellinie verfügt, die Meßlatte 39 mittels der Dosenlibelle 44 sehr genau senkrecht gestellt werden kann und der Beobachter für die visuelle Beobachtung die Mitte der Lattenteilung anzielen imiß und die Meßlatte 39 genau winklig zum Zielstrahl ausgerichtet wird· Nach dem Anzielen der Meßlatte 39 fokussiert der Beobachter mittels des Pendelspiegels 3 das Lattenbild und liest es grob ab. Danach schaltet er das Prisma 6 in die Lage 7 und löst den Meßprozeß aus.This arrangement for height measurement is preferably applicable to the geometric leveling, because the level has .. a precisely leveled finish line, the yardstick 39 can be made very accurate vertical by means of the circular level 44 and aim the observer for visual observation, the center of the batten pitch imiss and the yardstick 39 is aligned exactly at an angle to the aiming beam · After the aiming of the measuring staff 39, the observer focuses the slatted image by means of the oscillating mirror 3 and reads it roughly. He then switches the prism 6 in the position 7 and triggers the measurement process.

Claims

1. Arrangement for height measurement, preferably to the geometric Hive1 parliament _? with a level, comprising a telescope system for targeting of a measuring point, a device for stabilizing the horizontal target line to the perpendicular direction, a visible light emitting light source, which is arranged at the target point measuring rod, means for leveling and orientation of the instrument and measuring rod, and means for objective, photoelectric measurement of the slat display, characterized in that an optical system is arranged with a light source for emitting an infrared or visible ble light beam in the optical axis of the riflescope and that a reflective graduation is provided for the yardstick.

2. Arrangement according to item 1, characterized in that the optical system for emitting the light beam and the scope have a common optical axis.

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Jan. 10, 1984 / Lo