DD244629A5

DD244629A5 - LASER-LIGHT CONTROLLED LOCATION DEVICE

Info

Publication number: DD244629A5
Application number: DD28915086A
Authority: DD
Inventors: Ferenc Karsay; Ferenc Csaba; Balint Korona; Jozsef Ormay
Original assignee: Foeldmeroe Es Talajvizsgalo Vallalat,Hu
Priority date: 1985-04-17
Filing date: 1986-04-15
Publication date: 1987-04-08
Also published as: HU194609B; HUT40720A

Abstract

Das laserlichtgesteuerte Ortsbestimmungsgeraet fuer auf eine Laserlichtbuendel-Fluchtlinie bezogene zweidimensionale Lagebestimmung hat ein an einem zylindrischen Zentrierzapfen /2/ befestigtes Gestell /1/, an dem an beiden Seiten je ein Sucherarm /4/ vom Zentrierzapfen /2/ gleich entfernt um sein Ende in einer auf den einfallenden Laserlichtbuendel senkrechten Ebene drehbar gelagert ist, der mit einer von aussen durch z. B. eine Handkurbel betaetigbaren endlosen Spindel /7/ verbunden ist, deren Welle mit einem Umdrehungszaehler verbunden ist, und das Geraet hat einen optischen Fuehler, der aus an den Sucherarmen /4/ linienfoermig ausgebreiteten Faseroptiken /10/ besteht, die an der Anzeigeeinheit /13/ angeschlossen sind, wobei aus der Basislaenge zwischen den Befestigungspunkten /3/ der Sucherarme /4/ und der durch die Umdrehungszahl der die Sucherarme bewegenden Spindel /7/ ermittelbaren Winkelverdrehung mit Hilfe trigonometrischen Zusammenhaenge die relative Lage der Laserlichtbuendel-Fluchtlinie bezueglich des Referenzpunktes /15/ des Geraetes ununterbrochen bestimmt und ausgerechnet werden kann. Fig. 1The Laserlichtgesteuerte Ortsbestimmungsgeraet for on a Laserlichtbuendel-alignment line two-dimensional position determination has attached to a cylindrical centering pin / 2 / frame / 1 /, at both sides of a Sucherarm / 4 / the centering pin / 2 / equal to its end in one is rotatably mounted on the incident Laserlichtbuendel perpendicular plane, which is connected to an outside by z. B. a hand crank actuable endless spindle / 7 / is connected, whose shaft is connected to a Umdrehungszaehler, and the device has an optical sensor consisting of the viewfinder arms / 4 / linienfoermig extended fiber optics / 10 / on the display unit / 13 / are connected, wherein from the base length between the attachment points / 3 / the viewfinder arms / 4 / and by the number of revolutions of the viewfinder arms moving spindle / 7 / detectable angular rotation using trigonometric relationships the relative position of the laser lightbulb alignment with respect to the reference point / 15 / of the device can be continuously determined and calculated. Fig. 1

Description

Die Erfindung ruht auf der Erkenntnis, daß das Gerät ein auf einen bestimmten Punkt bezogenes zweidimensionales Wertepaar liefert, wenn es mit Elementen versehen ist, die das einfallende Laserlichtbündel automatisch suchen, und daß durch die Elemente die hinterlegte Winkelverdrehung in trigenometrischen Zusammenhängen als Ausgangsdaten verwendet werden. Die zweidimensionalen Daten können auf Grund der trigonometrischen Zusammenhänge aus der Basislänge zwischen den Drehpunkten der Sucherarme und den beiden gemessenen Winkeln in der im Gerät eingebauten und an sich bekannten Recheneinheit einfach ausgerechnet werden.The invention is based on the recognition that the device provides a two-dimensional value pair related to a particular point when it is provided with elements which automatically search the incident laser light beam, and that the elements use the stored angular rotation in trigenometric contexts as output data. The two-dimensional data can be easily calculated based on the trigonometric relationships of the base length between the pivot points of the viewfinder arms and the two measured angles in the built-in and known per se computing unit.

Die gestellte Aufgabe wurde mit einem laserlichtgesteuerten Ortsbestimmungsgerät für auf eine Laserlichtbündel-Fluchtlinie bezogene zweidimensionale Lagebestimmung gelöst, das einen in einer Reihe oder einer Ebene ausgebreiteten optischen Fühler, eine an den Fühler angeschlossene optische oder akustische Anzeigeeinheit und ein an dem zylindrischen Zentrierzapfen befestigtes Gestell aufweist.The stated object has been achieved with a laser-light-controlled positioning device for a two-dimensional position determination relating to a laser light beam alignment line, which has an optical sensor that is deployed in a row or plane, an optical or acoustic display unit connected to the sensor and a frame attached to the cylindrical centering pin.

Dieses Gerät wurde erfindungsgemäß derart weiterentwickelt, daß an beiden Seiten des Gestells von den Zentrierzapfen in gleicher Entfernung je ein Sucherarm um sein Ende in einer auf das einfallende Laserlichtbündel senkrechten Ebene drehbar gelagert ist, der mit einer von außen z.B. durch eine Handkurbel betätigbaren endlosen Spindel verbunden ist, deren Welle mit einem Umdrehungszähler verbunden ist. Der optische Fühler des Gerätes besteht aus an den Sucherarmen linienförmig angeordneten Faseroptiken, die an der Anzeigeeinheit angeschlossen sind.This device has been further developed according to the invention such that on both sides of the frame of the centering pins at the same distance each a finder arm is rotatably mounted about its end in a plane perpendicular to the incident laser light bundle, which is connected to an external from e.g. is connected by a crank operable endless spindle whose shaft is connected to a revolution counter. The optical sensor of the device consists of the viewfinder arms linearly arranged fiber optics, which are connected to the display unit.

Im Sinn einer weiterentwickelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes ist es vorteilhaft, wenn die endlosen Spindeln je einer Welle des Elektromotors befestigt sind, und diese Motoren und die Faseroptiken mit an sich bekannten integrierten Rechen- und Steuereinheit verbunden sind, deren Ausgang mit der Anzeigeeinheit verbunden ist. Im Sinn der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die elektrischen Motoren Schrittmotoren sind und je eine Langloch in den Sucherarmen ausgebildet ist, in dem eine den Sucherarm an einem Zahnsegmentbogen befestigende Exzenterschraube angeordnet ist.In the sense of a further developed embodiment of the device according to the invention, it is advantageous if the endless spindles are each attached to a shaft of the electric motor, and these motors and the fiber optics are connected to known integrated computing and control unit whose output is connected to the display unit. In the context of the invention, it is advantageous if the electric motors are stepper motors and each one elongated hole is formed in the viewfinder arms, in which an eccentric screw fastening the finder arm to a toothed segmental arc is arranged.

Unter den Vorteilen des erfindungsgemäßen laserlichtgesteuerten Ortsbestimmungsgerätes kann erwähnt werden, daß es auf die Laserlichtbündel-Fluchtlinie bezogen — welche auf elektronische Weise gesucht und zentriert wird — die Lage des zylindrischen Zentrierzapfens mißt, ausrechnet und anzeigt, und zwar ununterbrochen und dank der Faseroptik um mindestens eine Größenordnung genauer als die bekannten ähnlichen Geräte. Da das Gerät auch vollautomatisch ausgestaltet werden kann, besteht die Möglichkeit, kontinuierliche Messungen ohne menschlichen Eingriff durchzuführen. Die Daten können in für die Weiterverarbeitung geeigneter Form abgelesen oder über den am Gerät ausgebildeten Datenanschluß an ein größeres Datenspeichersystem weitergeleitet werden.Among the advantages of the laser light-controlled location determining apparatus according to the invention can be mentioned that it is on the laser light bundle alignment line - which is electronically searched and centered - measures the position of the cylindrical centering, calculates and displays, uninterrupted and thanks to the fiber optics by at least one Magnitude more accurate than the known similar devices. Since the device can also be designed fully automatically, it is possible to carry out continuous measurements without human intervention. The data can be read in a form suitable for further processing or forwarded via the data connection formed on the device to a larger data storage system.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, die eine beispielhafte Ausführungsform des Ortsbestimmungsgerätes darstellt. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which illustrates an exemplary embodiment of the location determining device. Show it:

Fig.1: eine schematische Darstellung eines Teiles eines möglichen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ortsbestimmungsgerätes;1 shows a schematic representation of a part of a possible embodiment of the location determining device according to the invention;

Fig. 2: eine mögliche Ausbildung des Sucherarmes des Gerätes, und Fig.3: eine Vorderansicht des Gerätes aus der Fig. 1.2 shows a possible embodiment of the finder arm of the device, and FIG. 3 shows a front view of the device from FIG. 1.

Wie es aus der Fig. 1 ersichtlich ist, hat das dargestellte erfindungsgemäße laserlichtgesteuerte Ortsbestimmungsgerät ein gegen mechanische und thermische Einflüsse widerstehendes Gestell 1,an dessen unterem Teil, in seiner Längsachse ein zylindrischer Zentnerzapfen 2 befestigt ist. Dieser Zentrierzapfen 2 ist nach den jeweiligen Normen ausgebildet und ermöglicht die Montage bzw. die Befestigung des Gerätes auf einem beliebigen Gestell.As can be seen from FIG. 1, the illustrated laser-light-controlled positioning device according to the invention has a frame 1 which is resistant to mechanical and thermal influences and to the lower part of which a cylindrical center pin 2 is fastened in its longitudinal axis. This centering pin 2 is formed according to the respective standards and allows the mounting or attachment of the device on any frame.

An beiden Seiten des Gestells 1 sind zwei Sucherarme 4 in Punkten 3 verdrehbar gelagert. An den Sucherarmen 4 ist in den Punkten 3 ferner in weiteren Punkten 5 je ein Zahnsegmentbogen 6 mit Schrauben befestigt. Mit diesen Zahnsegmentbogen 6 sind endlose Spindeln 7 verbunden, welche an Schäften von am oberen Teil des Gestells 1 angeordneten elektrischen Motoren 8, in diesem Beispiel Schrittmotoren, befestigt sind. Im Fall des dargestellten Ausführungsbeispieles sind die Schäfte der Motoren 8 in Lagerungen 9 zusätzlich geführt.On both sides of the frame 1, two finder arms 4 are rotatably mounted in points 3. At the viewfinder arms 4, a toothed segmental arch 6 is also fastened with screws in points 3 in further points 5. Endless spindles 7, which are attached to shafts of electric motors 8 arranged on the upper part of the frame 1, in this example stepping motors, are connected to these toothed segment elbows 6. In the case of the illustrated embodiment, the shafts of the motors 8 are additionally guided in bearings 9.

In Fig.2 ist eine Seitenansicht eines Sucherarmes teilweise geschnitten dargestellt. Die Drehachse des Sucherarmes 4, d. h. der Punkt 3, ist mit einer Strichpunktlinie eingezeichnet. Es ist sichtbar, daß ungefähr in Dreiviertel der Länge des Sucherarmes 4, und zwar in der Mittllinie des Sucherarmes 4, eine zusammenhängende Linie bildende Faseroptiken 10 dicht nebeneinander angeordnet sind. Da die einzelnen Faseroptiken 10 einen Durchmesser von 0,1 bis 0,2mm aufweisen, ist an den Sucherarmen 4 je eine sehr schmale und ununterbrochene lichtempfindliche Linie ausgebildet.In Figure 2 is a side view of a viewfinder arm shown partially cut. The axis of rotation of the finder arm 4, d. H. the point 3, is drawn with a dot-dash line. It can be seen that about three quarters of the length of the finder arm 4, in the center line of the finder arm 4, a continuous line forming fiber optics 10 are arranged close to each other. Since the individual fiber optics 10 have a diameter of 0.1 to 0.2 mm, a very narrow and uninterrupted light-sensitive line is formed on the viewfinder arms 4.

Die anderen Enden der Faseroptiken 10 sind am unteren Teil des Sucherarmes 4 vereinigt und an die in den Gegenstand dieser Erfindung nicht gehörende integrierte Rechen- und Steuereinheit angeschlossen.The other ends of the fiber optics 10 are united at the bottom of the finder arm 4 and connected to the integrated computing and control unit not in the subject of this invention.

In der Fig. 3 ist eine Vorderansicht des dargestellten laserlichtgesteuerten Ortsbestimmungsgerätes dargestellt. Es sind auch die einander kreuzenden Sucherarme 4 ersichtlich. Da die Sucherarme 4 in dergleichen Ebene angeordnet sind, können sie sich nie kreuzen. Am oberen Ende des Gerätes ist eine Dosenlibelle 11 angebracht, die zur waagerechten Positionierung des Gerätes dient, ferner ist ein Diopter 12 angeordnet, durch den das Gerät so ungefähr auf die Laserlichtbündel-Fluchtlinie gepeilt werden kann. Unter den Sucherarmen 4 sind zwei Anzeigeeinheiten 13 und 14angebracht, über die der Winkelwert unmittelbar abgelesen werden kann, den der Sucherarm 4 während der Messung mit der Horizontalen einschließt oder — von derFIG. 3 shows a front view of the illustrated laser-light-controlled positioning device. There are also the intersecting viewfinder 4 visible. Since the finder arms 4 are arranged in the same plane, they can never intersect. At the upper end of the device, a circular level 11 is mounted, which is used for horizontal positioning of the device, also a rear sight 12 is arranged, through which the device can be targeted so approximately on the laser light beam alignment line. Under the viewfinder arms 4, two display units 13 and 14 are mounted, via which the angle value can be read directly, which includes the seeker 4 during the measurement with the horizontal or - of the

eingebauten Rechen- und Steuereinheit abhängig — die zweidimensionale Entfernung der durch die Sucherarme 4 gesuchten und eingemessenen Laserlichtbündel-Fluchtlinie von einem Referenzpunkt 15 des zylindrischen Zentrierzapfen 2 ermittelt wird.built-in arithmetic and control unit - the two-dimensional distance of the sought by the seeker arms 4 and measured laser light beam alignment line is determined by a reference point 15 of the cylindrical centering pin 2.

Das Gerät enthält ferner eine bekannte elektronische Nivelliereinheit 16, mit deren Hilfe das Ortsbestimmungsgerät haargenau eingestellt werden kann. Die in die integrierte Rechen- und Steuereinheit eingegebenen und ausgerechneten Daten können über eine an der Verkleidung 17 des Gerätes seitlich angeordnete Anschlußleiste 18 zu einem größeren DatenverarbeitungssystemThe device further includes a known electronic leveling unit 16, with the help of which the location determining device can be set exactly. The data entered and calculated in the integrated computing and control unit can be connected to a larger data processing system via a connection strip 18 arranged laterally on the panel 17 of the device

weitergeleitet werden. ·to get redirected. ·

Das erfindungsgemäße Gerät arbeitet wie folgt:The device according to the invention operates as follows:

Das Gerät wird mit Hilfe seines zylindrischen Zentrierzapfens 2 in ein für die gestellte Aufgabe geeignetes Gestell eingestellt und mit der Dosenlibelle 11 und dem Diopter 12 in die auf die Laserlichtbündel-Fluchtlinie senkrechte Ebene gestellt und die Fluchtlinie gesucht. Dann wird das Gerät mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Schalter gestartet. Zuerst bewegt der eine Schrittmotor den einen Sucherarm 4 über die an seinem Schaft befestigte endlose Spindel 7 und den damit verbundenen Zahnsegmentbogen 6 aus seiner senkrechten Ausgangslage in Richtung der waagerechten Endlage. Wenn eine der im Sucherarm eingebauten Faseroptiken 10 das Laserlichtbündel trifft, gibt das in die Faseroptik eintretende Licht über die Rechen- und Steuereinheit einen Haltbefehl für den aktiven Schrittmotor. Da das Verhältnis zwischen den Motorumdrehungszahlen und der Winkelverdrehung des Sucherarmes 4 konstant ist, wird der zur Horizontalen eingeschlossene Winkelwert des Sucherarmes 4 gemessen, angezeigt oder über die Anschlußleiste 18 weitergeleitet. Danach kehrt der Sucherarm 4 in seine Ausgangslage zurück, und der andere Sucherarm 4 startet und wiederholt die geschilderte Prozedur.The device is set with the help of its cylindrical centering pin 2 in a suitable for the task frame and placed with the circular level 11 and the rear sight 12 in the plane perpendicular to the laser beam alignment line and sought the alignment line. Then the device is started with a switch, not shown in the drawing. First, a stepper motor moves the one finder arm 4 over the endless spindle 7 fastened to its shaft and the toothed sector elbow 6 connected thereto from its vertical starting position in the direction of the horizontal end position. When one of the fiber optics 10 installed in the finder arm hits the laser light beam, the light entering the fiber optics issues a stop command to the active stepper motor via the arithmetic and control unit. Since the ratio between the engine revolutions and the angular rotation of the finder arm 4 is constant, the included to the horizontal angle value of the seeker arm 4 is measured, displayed or forwarded through the terminal block 18. Thereafter, the seeker arm 4 returns to its original position, and the other seeker arm 4 starts and repeats the described procedure.

An den Anzeigeeinheiten 13; 14 erscheinen entweder der gemessene Winkelwert oder die ausgerechneten zweidimensionalen Ortsbestimmungsdaten. Die zweidimensionalen Daten können auf Grund bekannter trigonometrischer Zusammenhänge durch die Verwendung des Sinussatzes aus der Basislänge zwischen den Punkten 3 des Gestells 1 und den zwei gemessenen Winkelwerten ermittelt werden.On the display units 13; 14, either the measured angle value or the calculated two-dimensional location data appears. The two-dimensional data can be determined on the basis of known trigonometric relationships by the use of the sinusoidal set from the base length between the points 3 of the frame 1 and the two measured angle values.

Da das eine Ende der Faseroptiken 10 vereinigt ist, ist es unwesentlich, welche Faseroptik 10 der Laserlichtbündel zuerst empfängt.Since the one end of the fiber optics 10 is unified, it is immaterial which fiber optic 10 of the laser light beam first receives.

Durch die in einem im Sucherarm 4 ausgebildeten Langloch 19 angeordnete Exzenterschraube 20 kann die genaue senkrechte Stellung des Sucherarmes 4 justiert werden.By arranged in a viewfinder arm 4 formed in the slot 19 eccentric screw 20, the exact vertical position of the viewfinder arm 4 can be adjusted.

Das erfindungsgemäße Gerät kann z. B. für Bewegungsprüfungen oder für die Kontrolle der geradlinigen Bewegungen von Arbeitsmaschinen oder für die Kontrolle von Kranlaufbahnen vorteilhaft eingesetzt werden. Das Gerät zeigt nicht nur das Eintreffen des Laserlichtbündels an, sondern gibt den Referenzpunkt 15 des zylindrischen Zentrierzapfens 2 mit den angezeigten Koordinatenwerten numerisch und ununterbrochen an.The device according to the invention can, for. B. for movement checks or for the control of the linear movements of machines or for the control of crane tracks are used advantageously. The device not only indicates the arrival of the laser light beam, but numerically and continuously indicates the reference point 15 of the cylindrical centering pin 2 with the coordinate values displayed.

Claims

Invention claim:

1. Laser light-controlled location determining device for on a laser light bundle alignment line two-dimensional position determination, having a spread in a row or plane optical sensor, an optical or acoustic display unit connected to the sensor and a fixed to a cylindrical centering frame, characterized in that both sides of the frame (1), the same distance from the centering pin (2) a Seekerarm (4) is rotatably mounted about its end in a plane perpendicular to the incident laser light bundle, which is connected to an externally operable endless spindle (7) " wherein the shaft of the spindle (7) is connected to a revolution counter, further that the optical sensor of the device consists of the viewfinder arms (4) linearly arranged fiber optics (10) which is connected to the display unit (13).

2. Location device according to item!, Characterized in that the endless spindles (7) are each attached to a shaft of an electric motor (8), and these electric motors (8) and the fiber optics (10) with known integrated computing and control units are connected, whose output is connected to the display units (13; 14).

3. Location device according to item 2, characterized in that the electric motors (8) are designed as stepper motors.

4. Location device according to one of the items 1 to 3, characterized in that a slot (19) in the viewfinder arm (4) is formed in which a the seeker arm (4) to a toothed elbow (6) fastened eccentric screw (20) is arranged.

For this 1 page drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a laser light-controlled position-determining device for a two-dimensional position determination based on a laser light line, which has an optical sensor deployed in a row or a plane, an optical or acoustic display unit connected to the sensor and a frame attached to a cylindrical centering pin.

The device according to the invention can be manually attached or installed or self-propelled at the points or locations to be determined in certain cases. The device may be used to advantage in hard-to-reach, high-altitude, or hazardous locations with gaseous or hot air for geodetic and other location determinations and determinations.

Characteristic of the known technical solutions

In recent years, the staking instruments with laser light alignment lines are widely used. In these instruments, those sensors are generally used which indicate the position of the incident laser light beam in a given field. Such measuring instruments are z. For example, in the textbook "Geodetic Instruments" by Dr. Fialovszky Lajos, Technical Publishing House, Budapest, 1979, at pages 286 to 291. The deficiency of the known devices is that the geometrical position of the device is not related to the incident laser light beam but the incidence coordinates are displayed with an accuracy dependent on the geometrical dimensions, further that the laser light beam is to be spread in a plane, which entails energy loss, inaccuracy and the decrease of the range The propagation plane should be in two directions, horizontal The location of the collision of the laser beam is not measured numerically but only with a sound or light signal so that the reference point can not be searched automatically and there is no way to control the laser beam alignment line during the measurement on the at the Rear of the unit rear mounted control panel. According to another known technical solution, e.g. in the technical literature Passia-Pawlak-Piasecki: "Laser in mining", Technical Publishing House, Budapest, 1982, pages 26 to 28 is used to determine the center of the laser light bundle, a so-called mid-point detector In this mid-point detector are four sensors in the The received laser beam irradiates all four sensors.When the midpoint of the light beam is exactly between the sensors, the same intensity of light falls on each sensor, but the shift of the laser light beam tilts the balance, which is the corresponding electrical signal for the sensor The defects of this detector are the same as those shown above.

Object of the invention

The aim of the invention is to provide an economical laser light-controlled location device, with which the aforementioned disadvantages are avoided.

Explanation of the essence of the invention

The invention has for its object to provide a laser light-controlled location determination device that is suitable for two-dimensional location determination and can be operated manually and automatically and location-independent and stored by means of the built-in arithmetic unit, the measurement results in suitable form for data processing and passes on if necessary.