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Die Erfindung betrifft ein Vermessungssystem und ein Verfahren zur automatischen Vermessung und Markierung von Vermessungspunkten.
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Allgemein bekannt sind Vermessungseinrichtungen zur geodätischen Vermessung von Gebäuden. Auch autonom arbeitende Messroboter sind bereits auf Baustellen im Einsatz, um ausgewählte Objekte zu vermessen und dabei deren Maßhaltigkeit mittels Lasermessung zu überprüfen.
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Aus der
DE 10 2005 012 107 A1 ist ein Messsystem zur geodätischen Vermessung bekannt. Es handelt sich um ein Messfahrzeug, an dem ein Laser mit einem Prisma montiert ist, welches als Reflektor mit einem ortsfesten elektronischen Tachymeter in Wirkverbindung steht. Dieser in Modulbauweise aufgebaute Roboter dient beispielsweise zum Laservermessen von Tunnellaibungen. Das Tachymeter verfolgt im Betrieb den mit dem Messfahrzeug mitbewegten Reflektor automatisch und bestimmt dabei kontinuierlich die Position des Reflektors relativ zum Standort des Tachymeters. Aus den ermittelten Positionsdaten wird die Laservermessung der mobilen Einheit generiert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vermessungssystem und ein Verfahren zur automatischen Vermessung und Markierung von Vermessungspunkten weiterzuentwickeln.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bezüglich des Vermessungssystems mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch Anspruch 13 gelöst. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Erfindung schließt ein Vermessungssystem zur automatischen Vermessung und Markierung von Vermessungspunkten ein. Das Vermessungssystem besitzt eine mobile Positioniereinrichtung, ein separates ortsfestes elektronisches Tachymeter, welches mit der Positioniereinrichtung kommunikationsverbunden ist, sowie einen an der Positioniereinrichtung angeordneten Reflektor, welcher durch das separate ortsfeste Tachymeter erfassbar ist, und eine an der Positioniereinrichtung angeordneten Markiervorrichtung.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, ein hoch präzises Vermessungssystem im Wesentlichen aus einer mobilen Einheit und einem ortsfesten Tachymeter aufzubauen. Die mobile Einheit umfasst in der einfachsten Ausgestaltung eine mobile Positioniereinrichtung, einen Reflektor und eine Markiervorrichtung. Dadurch wird die mobile Einheit zum Absteckroboter, der über Ortsdaten eines Tachymeters angesteuert wird.
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Die mobile Positioniereinrichtung kann als Antriebs- und Positioniereinheit auch modular und damit variabel aufgebaut sein. Unterschiedlichste Varianten derartiger mobiler Roboter umfassen, je nach Anwendungsfall, auf unterschiedliche Weise kombinierbare Komponenten sowie die dazugehörige Steuersoftware. Geeignete Positioniereinrichtungen bestehen in erster Linie aus einer Trägereinrichtung als Montageplattform, an der weitere Systemkomponenten befestigt werden können, und aus an der Montageplattform angeordneten Antriebsrädern sowie lenkbaren Rädern. Die Antriebsräder werden über einen Motor als Antriebseinheit angetrieben. Die Ausrichtung der Positioniereinrichtung wird anhand von Bewegungsdaten der einzelnen Räder berechnet. Verfälschungen durch äußere Einflüsse, wie beispielsweise Schlupf zwischen Rad und Boden sowie Bodenunebenheiten, können durch eine Synchronisation auf der Basis der vorhandenen Messdaten des Tachymeters korrigiert werden.
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Die an der Positioniereinrichtung angeordnete Markiervorrichtung ist dafür vorgesehen, die angefahrenen Vermessungspunkte zu kennzeichnen. Dies kann beispielsweise auf mechanischem Wege durch Bohr- oder Stanzeinrichtungen erfolgen, die zum gegebenen Zeitpunkt, sobald ein Messpunkt von der Positioniereinrichtung angefahren ist, zum Einsatz kommen. Dabei kann die Markiervorrichtung mittels einer Antriebseinheit oder eines Motors abgesenkt oder angehoben werden.
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Im Gesamtsystem wird die Positionierung der Markiereinrichtung über ein geodätisch stationiertes Tachymeter in Verbindung mit einem an der Positioniereinrichtung montierten speziellen Absteckprisma gesteuert. Mit anderen Worten: Mit den Daten des Tachymeters wird die Istposition der Markiereinrichtung bestimmt. Dabei bestimmt in erster Linie die Tachymeterauflösung die Genauigkeit, mit der die Markiervorrichtung positioniert werden kann. Die Positionsdaten werden drahtlos zur Positioniereinrichtung bzw. zur Markiervorrichtung übertragen.
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Dabei erfassen Inkrementalgeber, bevorzugt in Gestalt optischer Sensoren, die Winkelveränderung und die Drehrichtung der Positioniereinrichtung. Die Drehwinkelmessung beruht im Grunde auf einer Richtungsbestimmung und einer Zählung von Inkrementen mittels digitaler Messtechnik.
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Das Tachymeter, mit dem man Horizontalrichtungen, Vertikalwinkel und die Entfernung zum Zielpunkt ermitteln kann, dient zur raschen Auf- und Einmessung von Punkten. Bevorzugt kommen ortsfeste elektronische Tachymeter zum Einsatz. Bei derartigen Messeinrichtungen ist außer elektronischen Messmodulen auch ein automatischer Datenfluss in das Speichermedium bzw. das Auswertegerät realisiert.
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Geeignete elektronische Tachymeter messen die Richtungen nach dem Zielvorgang in Verbindung mit einer automatisierten Zielverfolgung selbsttätig, die Distanzen werden durch elektronische Distanzmessung ermittelt. Hierzu werden die Laufzeit und zudem gegebenenfalls die Phasenverschiebung eines ausgesandten und im Zielpunkt reflektierten Lichtstrahls gemessen, dessen Licht im infraroten Bereich des Lichtspektrums liegt. Die Reflexion des Lichtstrahls im Zielpunkt erfolgt in einem angezielten, retroreflektierenden Tripel-Prisma (Reflektor), welches auf der mobilen Positioniereinrichtung angeordnet ist. Die Messwertbestimmung, also Richtung und Distanz erfolgt vollautomatisch auf elektronischem Wege mit Datenspeicherung auf einem Rechner. Mehrere oder alle Datenübertragungen für die Systemkomponenten können drahtlos erfolgen.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass die Positioniereinrichtung eine Positionierung aus einem vorgegebenen Sollwert vornehmen kann, die vom Istwert mit einer Genauigkeit von weniger als 1 mm in der Ebene abweicht. Derart präzise Positionierungen sind insbesondere im Vermessungswesen zur automatischen Vermessung und Markierung von Vermessungspunkten erforderlich. Es ist erfindungsgemäß damit möglich, punktgenau auf die kleinste Auflösung des Absteckprismas zu positionieren.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur automatischen Vermessung und Markierung von Vermessungspunkten mittels des erfindungsgemäßen Vermessungssystems wird eine Istposition der mobilen Positioniereinrichtung als Messsignal von dem separaten ortsfesten elektronischen Tachymeter durch eine Detektion des an der mobilen Positioniereinrichtung angeordneten Reflektors, insbesondere fortlaufend bestimmt, wobei das separate ortsfeste elektronische Tachymeter das ermittelte Messsignal der Istposition über die, insbesondere drahtlose Kommunikationsverbindung, vorzugsweise Funkverbindung an die mobile Positioniereinrichtung übermittelt, wobei die mobile Positioniereinrichtung mittels der empfangenen Messsignale eine Positionierung anhand vorgegebener Sollwerte selbsttätig vornimmt und nach Erreichen einer Sollposition den Vermessungspunkt mittels der an der mobilen Positioniereinrichtung angeordneten Markiervorrichtung markiert.
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Die mobile Positioniereinrichtung kann wenigstens eine erste Steuereinrichtung bzw. einen ersten Rechner oder Computer aufweisen, welche über die Kommunikationsverbindung die ermittelten Messsignale von dem separaten ortsfesten elektronischen Tachymeter erhält. Dazu können sowohl an der mobilen Positioniereinrichtung als auch an dem separaten ortsfesten elektronischen Tachymeter entsprechende Kommunikationsmittel vorhanden sein.
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Die erste Steuereinrichtung kann die erhaltenen Messsignale an wenigstens eine zweite Steuereinrichtung bzw. einen zweiten Rechner oder Computer der mobilen Positioniereinrichtung weiterleiten, welche dann die Steuerung der mobilen Positioniereinrichtung, insbesondere der Antriebseinheit der Antriebsräder, der lenkbaren Räder sowie die Ansteuerung der Markiervorrichtung bzw. deren Antriebseinheit übernimmt. Alternativ könnte die Steuerung der mobilen Positioniereinrichtung auch von der ersten Steuereinrichtung durchgeführt werden, wobei lediglich eine Steuereinrichtung auf der mobilen Positioniereinrichtung vorhanden wäre.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann die Markiervorrichtung über eine sich in senkrechter Projektion ergebende Außenkontur der Positioniereinrichtung hinausragen. Eine endständige Position der Positioniereinrichtung an der Außenkontur ermöglicht auch das Vermessen und Markieren in Gebäudeecken. Hierbei ist die Markiervorrichtung bevorzugt entlang einer längsachse der Positioniereinrichtung angeordnet. Jedenfalls ist die Markiervorrichtung so an einem Ort der Positioniereinrichtung angeordnet, dass die Datenverarbeitung von Steuer- und Messgrößen zur Positionierung rechentechnisch möglichst einfach zu verarbeiten sind. So kann auch aus Symmetriegründen der Reflektor auf der Markiervorrichtung angeordnet sein. Die Ausnutzung von Symmetriebeziehungen zur Positionswahl der einzelnen Komponenten der mobilen Einheit kann den Rechenaufwand bei der Verarbeitung von Positionsdaten wesentlich erleichtern.
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Vorteilhafterweise kann sich eine in senkrechter Projektion ergebende Außenkontur der Positioniereinrichtung in Richtung der Markiervorrichtung verjüngen. Hierdurch kann an schwer zugänglichen Stellen, wie beispielsweise Ecken, die Markiervorrichtung bis fast zur Gebäudewand herangefahren werden. Mit anderen Worten: Ein spitzes Zulaufen der Außenkontur der Positioniereinrichtung auf die meist in der Kontur schmälere Markiervorrichtung ermöglicht einen besseren Zugang und ein Markieren an Engstellen und in Ecken von Gebäuden. Bevorzugte Ausführungen der Montageplattform sind in Gestalt einer Platte, deren Außenkontur in senkrechter Projektion oval, ellipsenförmig oder tropfenförmig sein kann.
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In bevorzugter Ausgestaltung können zwei von der Markiervorrichtung ausgehende Geraden, welche sich jeweils an die Umrisslinie der sich in senkrechter Projektion ergebenden Außenkontur der Positioniereinrichtung als Tangenten anschmiegen, einen Winkel α ≤ 90° einschließen. Diese Geometriebeziehung trägt einem rechten Winkel in Gebäudeecken oder spitzen Winkel für Engstellen auf dem Fahrweg der mobilen Einheit Rechnung. Die Markiervorrichtung soll jedenfalls jeden gewünschten Ort in einem Gebäude möglichst bis an eine Wand anfahren können.
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Des Weiteren kann vorteilhafterweise die Markiervorrichtung relativ zur Positioniereinrichtung verschiebbar angeordnet sein. Hierdurch können aus Platzgründen die nicht mehr durch die mobile Einheit anfahrbaren Stellen durch eine horizontale Verschiebung der Markiervorrichtung in der Ebene oder auch durch eine lineare Verschiebung erreicht werden. Dies kann durch zusätzliche Verschiebeeinrichtungen erfolgen, die auch die Halterungen der Markiervorrichtung an der Positioniereinrichtung bilden. Hier wäre ein x-y-Verschiebetisch oder ein Lineartrieb denkbar, über den die Markiervorrichtung, einem Auslegerarm gleich, an die gewünscht Markierposition gefahren wird.
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Des Weiteren kann in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die Markiervorrichtung entlang der Außenkontur der Positioniereinrichtung verschiebbar angeordnet sein. Durch Auskragen und Verschieben der Markiervorrichtung, geometrisch betrachtet entlang der Außenkontur der Positioniereinrichtung, werden Markierorte auch an Engstellen erreicht, welche die Positioniereinrichtung aus Platzgründen nicht mehr anfahren kann.
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Bevorzugt kann die Positioniereinrichtung eine Antriebseinheit, eine Montageplattform und an der Montageplattform angeordnete Räder aufweisen, von denen zumindest eines mit der Antriebseinheit in Wirkverbindung steht. Die bevorzugten technischen Baugruppen der mobilen Einheit sind so aufeinander abgestimmt, dass insbesondere die Positioniergenauigkeit des Antriebs dem Erfordernis einer Abweichung vom Sollwert von weniger als 1 mm in der Ebene entspricht.
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Des Weiteren bevorzugt kann die Positioniereinrichtung drei oder vier Räder aufweisen. Der Lenk- und Antriebsmechanismus der Positioniereinrichtung soll dabei einerseits robust und andererseits zuverlässig sein. Die Räder sind dabei so angeordnet und angesteuert, dass Drehbewegungen in beliebiger Art und Weise und insbesondere auf der Stelle ausgeführt werden können.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung können zumindest zwei Räder von der Antriebseinheit angetrieben werden. Des Weiteren bevorzugt können ein Rad oder zwei Räder nicht angetrieben sein und als lenkbares Rad bzw. als lenkbare Räder bzw. Lenkräder dienen. Mit zwei Antriebsrädern und einem oder zwei lenkbaren Rädern ist ein Lenk- und Antriebsmechanismus geschaffen, mit dem die erforderliche Positioniergenauigkeit erzielt werden kann.
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Vorteilhafterweise kann an der Positioniereinrichtung ein Neigungssensor angeordnet sein. Derartige Zusatzkomponenten dienen zur Messfehlervermeidung durch Neigungserkennung, damit eine Markierung auch exakt senkrecht angebracht werden kann. Ansonsten kann eine Messpunktabweichung auch durch die Daten des Neigungssensors datentechnisch aufbereitet und die Abweichung korrigiert werden. Der Neigungssensor kann mit der ersten und/oder der Steuereinrichtung kommunikationsverbunden sein.
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Vorteilhafterweise kann die Markiervorrichtung einen Bohrer oder eine Farbmarkiereinheit umfassen. Derartige mechanische oder anderweitig die Vermessungspunkte kennzeichnende Systeme sind elektronisch und durch Antriebe im System eingebunden und datentechnisch, insbesondere von ersten und/oder der zweiten Steuereinrichtung angesteuert. Weitere technische Auslegung an Markiervorrichtungen, wie beispielsweise auch Lasersysteme, können ebenfalls in Betracht gezogen werden.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Zeichnungen prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen:
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1 schematisch eine Ansicht eines Vermessungssystem;
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2 schematisch eine mobile Positioniereinrichtung mit weiteren Systemkomponenten; und
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3 schematisch eine weitere Ausführungsform einer mobilen Positioniereinrichtung mit weiteren Systemkomponenten.
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1 zeigt schematisch eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Vermessungssystems 1 mit einer mobilen Positioniereinrichtung 2 und einem separaten ortsfesten Tachymeter 3. Die Positioniereinrichtung 2 umfasst eine Montageplattform 22, angetriebene Räder 23 sowie lenkbare Räder 24 ohne Antrieb. Der als Prisma ausgeführte Reflektor 4 ist in diesem Fall auf der Markiervorrichtung 5 angeordnet. Mit Hilfe der Markiervorrichtung 5 werden durch Absenken eines Bohrkopfes Löcher als Markierungen in den Fußboden 11 eingebracht. Die Markiervorrichtung 5 kann mittels einer nicht dargestellten Antriebseinheit oder eines Motors angehoben oder abgesenkt werden. Die gesamte mobile Einheit ist so kompakt aufgebaut, dass auch nahe einer Wand 10 noch Markierungen an- oder eingebracht werden können. Ein Neigungssensor 6 ermittelt gegebenenfalls eine Neigung des mobilen Systems, damit eine Markierung auch exakt senkrecht ausgeführt werden kann. Wie aus 1 weiter ersichtlich weist die mobile Positioniereinrichtung 2 eine erste Steuereinrichtung 25 auf, welche über eine gestrichelt angedeutete Kommunikationsverbindung V ermittelte Messsignale von dem separaten ortsfesten elektronischen Tachymeter 3 erhält. Dazu können sowohl an der mobilen Positioniereinrichtung 2 als auch an dem separaten ortsfesten elektronischen Tachymeter 3 entsprechende nicht dargestellte Kommunikationsmittel vorhanden sein.
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Die erste Steuereinrichtung 25 leitet die erhaltenen Messsignale an eine zweite Steuereinrichtung 26 der mobilen Positioniereinrichtung 2 weiter, welche dann die entsprechende Steuerung der mobilen Positioniereinrichtung 2, insbesondere einer in 2 gezeigten Antriebseinheit 21 der Antriebsräder 23, der lenkbaren Räder 24 sowie die Ansteuerung der Markiervorrichtung 5 bzw. deren nicht näher dargestellter Antriebseinheit über in 1 gestrichelt angedeutete drahtlose oder kabelgebundene Verbindungen übernimmt. Die zweite Steuereinrichtung 26 erhält im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch Messsignale des Neigungssensors 6. In einem nicht dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel könnte die Steuerung der mobilen Positioniereinrichtung 2 alternativ auch von der ersten Steuereinrichtung 25 durchgeführt werden, wobei lediglich eine Steuereinrichtung auf der mobilen Positioniereinrichtung 2 vorhanden wäre.
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2 zeigt schematisch eine mobile Positioniereinrichtung 2 mit weiteren Systemkomponenten. Die Antriebseinheit 21 befindet sich als Motor unterhalb der Montageplattform 22. Mit der Antriebseinheit 21 können die angetriebenen Räder 23 einzeln angesteuert werden. Die nicht angetriebenen Räder 24 sind frei drehbar gelagert. Das Prisma 4 ist auf der Montageplattform 22 so weit von der Markiervorrichtung 5 entfernt so angeordnet, dass dieses nicht gegenüber dem Tachymeter abgeschattet wird. Die Markiervorrichtung 5 ist entlang der Längsachse A der Positioniereinrichtung 2 angeordnet.
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3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer mobilen Positioniereinrichtung 2 mit weiteren Systemkomponenten. Die sich in senkrechter Projektion ergebende Außenkontur der Positioniereinrichtung 2 verjüngt sich etwas in Richtung der Markiervorrichtung 5. Zwei von der Markiervorrichtung ausgehende Geraden, welche sich jeweils an die Umrisslinie der sich in senkrechter Projektion ergebenden Außenkontur der Positioniereinrichtung 2 als Tangenten T1 und T2 anschmiegen, schließen einen Winkel α von weniger als 90° ein. Ein ausreichend spitzes Zulaufen der Außenkontur oder ein Abschrägen der Ränder der Positioniereinrichtung auf die in der Kontur schmälere Markiervorrichtung ermöglicht einen besseren Zugang und ein Markieren an Engstellen und in Ecken von Gebäuden. Die in 3 bevorzugte Ausführung der Montageplattform weist eine tropfenähnliche Gestalt auf.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur automatischen Vermessung und Markierung von Vermessungspunkten mittels des erfindungsgemäßen Vermessungssystems 1 wird eine Istposition der mobilen Positioniereinrichtung 2 als Messsignal von dem separaten ortsfesten elektronischen Tachymeter 3 durch eine Detektion des an der mobilen Positioniereinrichtung 2 angeordneten Reflektors 4, insbesondere fortlaufend bestimmt, wobei das separate ortsfeste elektronische Tachymeter 3 das ermittelte Messsignal der Istposition über die, insbesondere drahtlose Kommunikationsverbindung V, vorzugsweise Funkverbindung an die mobile Positioniereinrichtung 2 übermittelt, wobei die mobile Positioniereinrichtung 2 mittels der empfangenen Messsignale eine Positionierung anhand vorgegebener Sollwerte selbsttätig vornimmt und nach Erreichen einer Sollposition den Vermessungspunkt mittels der an der mobilen Positioniereinrichtung 2 angeordneten Markiervorrichtung 5 markiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vermessungssystem
- 2
- Positioniereinrichtung
- 21
- Antriebseinheit
- 22
- Montageplattform
- 23
- angetriebene Räder
- 24
- lenkbare Räder
- 25
- erste Steuereinrichtung
- 26
- zweite Steuereinrichtung
- 3
- Tachymeter
- 4
- Reflektor/Prisma
- 5
- Markiervorrichtung
- 6
- Neigungssensor
- 10
- Wand
- 11
- Fußboden
- T1
- Tangente
- T2
- Tangente
- α
- Winkel
- A
- Längsachse der Positioniereinrichtung
- V
- Kommunikationsverbindung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005012107 A1 [0003]
