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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messsystem zum Führen eines Arbeiters zu einem Nivellierlattensetzpunkt sowie einen tragbaren Funk-Sendeempfänger und eine Nivellierlatte zur Verwendung in dem Messsystem.
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Stand der Technik
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Bei einer bestimmten Art eines neueren Messsystems wird ein Nivellierlattensetzpunkt grafisch in einem Anzeigebereich einer Steuerung angezeigt, indem eine Messvorrichtung zur Entfernungsmessung und zur Winkelmessung mittels automatischer Führung verwendet wird, und wobei die Steuerung eine Kamerafunktion und einen Anzeigebereich aufweist, und wobei der Nivellierlattensetzpunkt in einem Kamerabild angezeigt wird, um den Arbeiter, der eine Nivellierlatte bei sich trägt, zu dem Nivellierlattensetzpunkt zu führen (Patentdokument 1).
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Im Einzelnen bewegt sich bei diesem herkömmlichen Messsystem der für das Setzen der Nivellierlatte vorgesehene Arbeiter, welcher eine Nivellierlatte und eine Steuerung mit sich trägt, während er das Prisma der Nivellierlatte und das vordere Ende der Steuerung auf eine Messvorrichtung ausrichtet. Anschließend wird eine relative Entfernung von der die automatische Führungsfunktion aufweisenden Messvorrichtung zu dem in der Nivellierlatte vorgesehenen Prisma gemessen, und die auf der Entfernungsmessung basierenden Positionsinformationen werden an die Steuerung übermittelt. Die Steuerung berechnet Abstandskomponenten Δx', Δy' zwischen der gegenwärtigen Position und dem Nivellierlattensetzpunkt auf der Basis der vorab erhaltenen Positionsinformationen zu dem Nivellierlattensetzpunkt und den in der Messvorrichtung erhaltenen Positionsinformationen der vorerwähnten Entfernungsmessung (wie im Folgenden näher beschrieben). Wenn ein Erdmagnetfeldsensor nahe der Steuerung vorgesehen ist, werden die beabstandeten Komponenten Δx', Δy' basierend auf der Nordrichtung unter Verwendung eines Ausrichtungssignals des Erdmagnetfeldsensors und der genannten Positionsinformationen berechnet (wie im Folgenden näher beschrieben).
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Ältere technische Publikationen
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Patentdokumente
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- Patentdokument JP-A-2012-202821
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Überblick über die Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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Da die beabstandeten Komponenten Δx', Δy' basierend auf der Voraussetzung berechnet werden, dass das vordere Ende der Steuerung bei dem obigen Messsystem in einer der Messvorrichtung direkt zugewandten Richtung F positioniert ist, kann die Richtung fehlerhaft geführt werden, wenn die Richtung der Steuerung nicht entsprechend ausgerichtet ist. Wenn ein Erdmagnetfeldsensor nahe der Steuerung vorgesehen ist, kann der Genauigkeitsgrad des Ausrichtungssensors auf einer Baustelle, auf der zahlreiche Stahlträger und eine starke Magnetkraft vorhanden sind, nachteilig beeinflusst werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zur Überwindung der genannten Probleme ein Messsystem zum genaueren Führen eines Arbeiters zu einem Nivellierlattensetzpunkt zu schaffen, indem eine Messvorrichtung zur Durchführung der Entfernungsmessung und der Winkelmessung mittels automatischer Führung sowie eine Steuerung mit einer Kamerafunktion und einem Anzeigebereich, und ein tragbarer Funk-Sendeempfänger sowie eine Nivellierlatte in dem Messsystem verwendet werden.
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Mittel zur Lösung der Probleme
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Zur Lösung der Aufgabe weist die vorliegende Erfindung eine Messsystemkonfiguration auf, welche aufweist: eine mit einem Prisma versehene Nivellierlatte; eine Messvorrichtung mit einem Objektivgehäuse, das ein optisches Abtastsystem zum Suchen des Prismas und ein optisches Entfernungsmesssystem zum Messen der Entfernung zu dem Prisma aufweist, einem Antriebsabschnitt, welcher das Objektivgehäuse um einer vertikale Achse in horizontaler Richtung und um eine horizontale Achse dreht, einem Winkelmessabschnitt zum Messen der Richtung des Objektivgehäuses, einem Speicherabschnitt der Messvorrichtung, welcher als Messdaten die von dem optischen Entfernungsmesssystem ermittelte Entfernung und die durch den Winkelmessabschnitt erhaltene Ausrichtung des Objektivgehäuses speichert, und einem Steuerabschnitt, welcher den Antriebsabschnitt, das optische Abtastsystem und das optische Entfernungsmesssystem steuert, und welches den Antriebsabschnitt derart steuert, dass das Objektivgehäuse dem nächsten zu messenden Nivellierlattensetzpunkt zugewandt ist, und einem messvorrichtungsseitigen Sendeempfänger, welcher die in dem Speicherabschnitt gespeicherten Daten sendet; und einen tragbaren Funk-Sendeempfänger mit einem darin vorgesehenen Speicherabschnitt, in welchem Planungsdaten zu einem Nivellierlattensetzpunkt gespeichert sind, einem Anzeigeabschnitt, welcher eine Führungskarte anzeigt, einem optischen Abbildungssystem und einem in der tragbaren Einrichtung vorgesehen Funksender, welcher die Kommunikation mit dem messvorrichtungsseitigen Sendeempfänger durchführt, wobei die Messvorrichtung die in dem Speicherabschnitt der tragbaren Einrichtung gespeicherten Messdaten an den tragbaren Funk-Sendempfänger übermittelt, wobei der tragbare Funk-Sendeempfänger auf einer Achse der Nivellierlatte befestigt ist, die Differenz zwischen den auf den empfangenen Messdaten basierenden Informationen über die gegenwärtige Position des Prismas und den auf den Planungsdaten des Speicherabschnitts der tragbaren Einrichtung basierenden Positionsinformationen zu dem nächsten Nivellierlattensetzpunkt berechnet, die Bewegungsrichtung des Prismas basierend auf den Informationen über die gegenwärtige Position des Prismas und Positionsinformationen, die während eines vorhergehenden Empfangsvorgangs erhalten wurden, berechnet, die Bewegungsrichtung des tragbaren Funk-Sendeempfängers durch Berechnen eine optischen Flusses aus einem gegenwärtigen Bild der gegenwärtigen Positionsinformationen und aus einem vorhergehenden Bild der vorhergehenden Positionsinformationen basierend auf dem optischen Abbildungssystem berechnet, eine Gradientenkomponente von der der Messvorrichtung direkt zugewandten Ausrichtung des tragbaren Funk-Sendeempfängers berechnet, wenn die Bewegungsrichtung des Prismas von der Bewegungsrichtung des tragbaren Funk-Sendeempfängers verschieden ist, die Differenz durch die Gradientenkomponente korrigiert, und auf dem Anzeigeabschnitt einen Abstand zwischen der gegenwärtigen Position des Prismas und dem nächsten Nivellierlattensetzpunkt unter Verwendung der Gradientenkomponente anzeigt.
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Ein tragbarer Funk-Sendeempfänger gemäß der vorliegenden Erfindung ist derart konfiguriert, dass der tragbare Funk-Sendeempfänger aufweist: den Speicherabschnitt der tragbaren Einrichtung, welcher die Planungsdaten speichert, den Anzeigeabschnitt, welcher die Führungskarte anzeigt, das optische Abbildungssystem, den Funk-Sendeempfänger der tragbaren Einrichtung, welcher die Kommunikation mit dem Sendeempfänger der Messvorrichtung durchführt, eine Differenzberechnungseinheit, welche die Differenz zwischen den auf den Messdaten basierenden Informationen zur gegenwärtigen Position und den auf den Planungsdaten des Speicherabschnitts der tragbaren Einrichtung basierenden Positionsinformationen über den Nivellierlattensetzpunkt berechnet; eine Einheit zur Berechnung der Bewegungsrichtung des Prismas, welche die Bewegungsrichtung des Prismas basierend auf den Informationen über die gegenwärtige Position und den bei dem vorherigen Empfang erhaltenen vorhergehenden Positionsinformationen berechnet; eine Einheit zur Berechnung der Bewegungsrichtung der tragbaren Einrichtung, welche die Bewegungsrichtung des Prismas basierend auf den Informationen über die gegenwärtige Position und den bei dem vorherigen Empfang erhaltenen vorhergehenden Positionsinformationen berechnet; eine Einheit zur Berechnung der Bewegungsrichtung der tragbaren Einrichtung, welche den optischen Fluss aus dem gegenwärtigen Bild der Informationen über die gegenwärtige Position und aus dem vorhergehenden Bild der vorhergehenden Positionsinformationen basierend auf dem optischen Abbildungssystem berechnet; eine Gradientenberechnungseinheit, welche die Gradientenkomponente von der der Messvorrichtung direkt zugewandten Ausrichtung des tragbaren Funk-Sendeempfängers berechnet, wenn die Bewegungsrichtung des Prismas von der Bewegungsrichtung des tragbaren Funk-Sendeempfängers verschieden ist; eine Korrektureinheit, welche die durch die Differenzberechnungseinheit ermittelte Differenz basierend auf der durch die Gradientenberechnungseinheit erhaltenen Gradientenkomponente korrigiert; und eine Anzeigeverarbeitungseinheit, welche auf dem Anzeigeabschnitt den Abstand zwischen der gegenwärtigen Position des Prismas und dem nächsten Nivellierlattensetzpunkt basierend auf der korrigierten Gradientenkomponente anzeigt.
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Eine Nivellierlatte gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Latte mit einem Beschlag an ihrem unteren Ende, ein in der Latte vorgesehenes Retroreflexionsprisma und einen Befestigungsabschnitt, mittels welchem der tragbare Funk-Sendeempfänger an dem oberen Ende der Latte derart befestigbar ist, dass das vordere Ende des tragbaren Funk-Sendeempfängers annähernd mit der Einfallsrichtung des Prismas zusammenfällt.
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Effekt der Erfindung
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Bei dem erfindungsgemäßen Messsystem wird die Differenz zwischen den Informationen über die gegenwärtige Position des in der Nivellierlatte vorgesehenen Prismas und den Positionsinformationen über den nächsten Nivellierlattensetzpunkt unter Verwendung der Messvorrichtung, welche die Messdaten mittels automatischer Führung ermittelt, der Nivellierlatte und des tragbaren Funk-Sendeempfängers, welcher eine Abbildungsfunktion aufweist, berechnet. Ferner wird die Gradientenkomponente des tragbaren Funk-Sendeempfängers berechnet, indem die Bewegungsrichtung des tragbaren Funk-Sendeempfängers unter Verwendung des Bildes des in dem tragbaren Funk-Sendeempfänger vorgesehenen optischen Abbildungssystems und durch einen Vergleich mit der Bewegungsrichtung des Prismas berechnet wird. Die korrigierten Abstandskomponenten Δx", Δy", welche durch das Addieren der Gradientenkomponente korrigiert sind, werden berechnet und angezeigt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Messsystem kann eine genaue Führung durchgeführt werden, da der Wert des nächsten Nivellierlattensetzpunkts unter Berücksichtigung der Gradientenkomponente angezeigt wird, selbst wenn das vordere Ende des tragbaren Funk-Sendeempfängers nicht direkt auf die Messvorrichtung ausgerichtet ist.
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Da die Abstandskomponenten Δx", Δy" ohne Verwendung von Ausgangswerten eines Ausrichtungssensors berechnet werden, ist kein Ausrichtungssensor in der Nähe des tragbaren Funk-Sendeempfängers oder des tragbaren Sendeempfängers erforderlich, und darüber hinaus kann die genaue Führung unter Ausschluss einer durch ein Magnetfeld verursachten Abweichung durchgeführt werden.
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Nach dem in dem erfindungsgemäßen Messsystem verwendeten tragbaren Funk-Sendeempfänger kann eine genaue Führung erfolgen, da der Wert des nächsten Nivellierlattensetzpunkts unter Berücksichtigung der Gradientenkomponente angezeigt wird, selbst wenn das vordere Ende des tragbaren Funk-Sendeempfängers nicht direkt auf die Messvorrichtung ausgerichtet ist.
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Da der Befestigungsabschnitt zum Befestigen des tragbaren Funk-Sendeempfängers am oberen Ende der Latte derart angebracht ist, dass das vordere Ende des tragbaren Funk-Sendeempfängers mit der Einfallsrichtung des Prismas zusammenfällt, kann mit der in dem erfindungsgemäßen Messsystem verwendeten Nivellierlatte die Verarbeitung des optischen Flusses in der im tragbaren Funk-Sendeempfänger vorgesehenen Einheit zum Berechnen der Bewegungsrichtung der tragbaren Einrichtung genau durchgeführt werden.
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Der Befestigungsabschnitt ist lösbar, so dass die ursprüngliche Ausrichtung des tragbaren Funk-Sendeempfängers wiederhergestellt werden kann, nachdem der tragbare Funk-Sendeempfänger in Abhängigkeit von den Arbeitsumständen von der Latte abgenommen wurde.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der allgemeinen Konfiguration einer Messvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 ist ein Blockdiagramm der inneren Konfiguration der Messvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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3 ist eine Darstellung der Optik anhand des Beispiels des optischen Entfernungsmesssystems in 2.
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4 ist eine Darstellung der Optik anhand des Beispiels des optischen Abtastsystems in 2.
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5 ist eine Draufsicht auf ein Beispiel eines tragbaren Funk-Sendeempfängers gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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6 zeigt ein Blockschaltbild des tragbaren Funk-Sendeempfängers in 5.
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7 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Beispiels für eine in dem Messsystem nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendete Nivellierlatte.
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8 ist eine Darstellung einer Art der Messung unter Verwendung des Messsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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9 ist ein Flussdiagramm der Datenverarbeitung zur Erstellung einer Führungskarte in dem Messsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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10 ist eine Darstellung der Berechnung einer Abstandskomponente gemäß einem bekannten Messsystem.
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11 ist eine Darstellung der Berechnung einer Gradientenkomponente des tragbaren Funk-Sendeempfängers.
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12 ist eine Darstellung der Berechnung der Abstandskomponente in dem Messsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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13 ist ein Flussdiagramm der Messung in dem Messsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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14 zeigt ein Beispiel für die Anzeige der Führungskarte in dem Messsystem nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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15 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen der Höhe der Nivellierlatte und dem Aufnahmewinkel.
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Ausführungsbeispiel zur Durchführung der Erfindung
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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(Messvorrichtung)
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In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Stativ und das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Messvorrichtung. Die Messvorrichtung 2 ist auf dem Stativ 1 mittels eines Unterbaus 3 angeordnet, welcher eine Einstellschraube aufweist. Die Messvorrichtung 2 weist einen Montagefuß 4 auf und ist an einem bekannten Standardpunkt positioniert.
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Der Montagefuß 4 dreht, um eine vertikale Drehachse 4A zentriert, in der durch den Pfeil A dargestellten horizontalen Richtung in Bezug auf den Unterbau 3. Ein Basisständer 5 mit einer horizontalen Drehachse 7A ist an dem Montagefuß 4 angebracht und weist ein Objektivgehäuse 8 auf. Das Objektivgehäuse 8 wird durch das Drehen des Montagefußes 4 horizontal gedreht und durch Drehen um die horizontale Drehachse 7A vertikal gedreht.
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Ein optisches Entfernungsmesssystem 9 und ein optisches Abtastsystem 10 sind in dem Objektivgehäuse 8 angebracht.
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Geber (nicht dargestellte Winkelmessabschnitte) sind in dem Objektivgehäuse 8 angeordnet, um beim um die vertikale Drehachse 4A zentrierten Drehen des Montagefußes 4 einen Drehwinkel genau zu messen, und um beim um die horizontale Drehachse 7A zentrierten Drehen des Objektivgehäuses 8 einen anderen Drehwinkel genau zu messen.
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Wie in 3 dargestellt weist das optische Entfernungsmesssystem 9 einen Lichtprojektionsabschnitt 11A und einen Lichtempfangsabschnitt 12A auf. Der Lichtprojektionsabschnitt 11A weist eine Lichtquelle 13A auf, und der Lichtempfangsabschnitt 12A weist ein Lichtempfangselement 14A auf. Die Lichtquelle 13A sendet einen Infrarotlaserstrahl aus, der von einem dichroitischen Spiegel 16 eines Strahlteilers 15 in Richtung einer Objektivlinse 17 reflektiert wird und durch ein Abdeckglas 18 als paralleler Strahl PB3 aus dem Objektivgehäuse 8 ausgegeben wird.
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Der parallele Strahl PB3 wird von einem als Ziel dienenden Prisma 52 (das im Folgenden noch näher beschrieben wird) reflektiert, kehrt durch das Abdeckglas 18 zu der Objektivlinse 17 zurück, wird von einem dichroitischen Spiegel 19 des Strahlteilers 15 reflektiert, und konvergiert auf dem Lichtempfangselement 14A. Das optische Entfernungsmesssystem 9 weist eine Abbildungslinse 20 und eine Strichplatte 21 auf. Sichtbares Licht erreicht die Abbildungslinse 20 nachdem es die Objektivlinse 17 und die dichroitischen Spiegel 16, 19 passiert hat, und konvergiert auf der Strichplatte 21. Ein Arbeiter kann mittels eines Blicks durch eine Okularlinse 22 die Umgebung des Nivellierlattensetzpunkts einschließlich eines Tripelspiegels 30A prüfen.
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Wie in 4 dargestellt weist das optische Abtastsystem 10 eine Laserdiode 23, eine Kollimatorlinse 24, ein Horizontal-Lichtumlenkelement 25, ein Vertikal-Lichtumlenkelement 26, Reflexionsprismen 27, 28, 29, eine Objektivlinse 30, das Abdeckglas 18, ein Reflexionsprisma 32, ein Filter 33 zum Entfernen von Störlicht, und ein Lichtempfangselement 34 auf. Die Laserdiode 23, die Kollimatorlinse 24, das Horizontal-Lichtumlenkelement 25, das Vertikal-Lichtumlenkelement 26 und die Reflexionsprismen 27, 28, 29 bilden den größten Teil des Lichtprojektionsabschnitts 11A. Die Objektivlinse 30, das Filter 33 und das Lichtempfangselement 34 bilden den größten Teil des Lichtempfangsabschnitts 12A. Die Lichtumlenkelemente 25, 26 sind beispielsweise akustooptische Elemente. In diesen Lichtumlenkelementen 25, 26 wird eine Ultraschallwelle in das akustooptische Medium mittels eines elektrischen Signals ausgebreitet, um eine periodische Änderung des Brechungsindex zu erzeugen, wodurch das einfallende Licht umgelenkt wird.
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Die Laserdiode 23 sendet ein Infrarotlaserlicht PB4 mit einer Wellenlänge aus, die von derjenigen des Entfernungsmessungslichts des optischen Entfernungsmesssystems 9 verschieden ist. Das Infrarotlaserlicht PB4 wird durch die Kollimatorlinse 24 in einen Parallelstrahl umgewandelt, und wird in Richtung des Horizontal-Lichtumlenkelements 25 geleitet. Das Horizontal-Lichtumlenkelement 25 lenkt das Infrarotlaserlicht PB4 in die horizontale Richtung H1 um, während die Vertikal-Lichtumlenkelement 26 das Infrarotlaserlicht PB4 in die vertikale Richtung V1 umlenkt. Das Infrarotlaserlicht PB4 wird zu dem Reflexionsprisma 27 geleitet, von diesem reflektiert und durch die Reflexionsprismen 28, 29 zu einer Objektivlinse 31 geleitet. Durchtrittsöffnungen 35' sind durch die Objektivlinse 31 hindurch koaxial mit der optischen Achse der Objektivlinse 31 gebildet. Das von dem Reflexionsprisma 29 reflektierte Infrarotlaserlicht PB4 wird durch die Durchtrittsöffnungen 35' aus der Messvorrichtung 2 nach außen ausgegeben, und das Abtasten zur Suche nach dem Prisma 52 wird mittels dieses Infrarotlaserlichts PB4 durchgeführt. Wenn das Prisma 52 in dem Suchbereich vorhanden ist, wird das Infrarotlaserlicht PB4 von dem Prisma 52 reflektiert und kehrt zu der Objektivlinse 31 zurück. Das reflektierte Licht PB4' des Infrarotlaserlichts PB4 konvergiert auf der Objektivlinse 31, wird von dem Reflexionsprisma 32 reflektiert und das Bild des Infrarotlaserlichts PB4 wird auf dem Lichtempfangselement 34 erzeugt, wobei das Licht zuvor zum Entfernen von Störlicht das Filter 33 durchquert. Das Filter 33 hat die Funktion Licht mit derselben Wellenlänge wie der Infrarotlaserstrahl durchzulassen. Auf diese Weise erfolgt die in 1 dargestellte Suchabtastung. In 1 bezeichnet das Zeichen O die optische Achse des optischen Abtastsystems 10, V1 gibt die vertikale Richtung an und H1 bezeichnet die horizontale Richtung. Die Suchabtastung erfolgt beispielsweise in einem Bereich, in dem die horizontale Winkelweite 4,5 Grad und die vertikale Winkelweite 3 Grad beträgt.
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Die Messvorrichtung 2 weist einen in 2 dargestellten Antriebsabschnitt 35 auf. Ein Horizontalantriebsmotor M1 und ein Vertikalantriebsmotor M2 sind mit dem Antriebsabschnitt 35 verbunden. Der Motor M1 hat die Funktion, das Objektivgehäuse 8 in horizontaler Richtung zu drehen, während der Motor M2 die Funktion hat, das Objektivgehäuse 8 in vertikaler Richtung zu drehen. Der Antriebsabschnitt 35 wird von einer Steuerabschnitt-CPU gesteuert.
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Wenn ein im Folgenden noch beschriebener Funk-Sendeempfänger 37 ein Signal, das ein Drehen erlaubt, empfängt, gibt die Steuerabschnitt-CPU das Drehfreigabesignal für den Horizontalantriebsmotor M1 an den Antriebsabschnitt 35 aus. Mit der Steuerabschnitt-CPU ist ein Richtungssensor M3 verbunden. Die Steuerabschnitt-CPU berechnet einen Drehwinkel aus dem gegenwärtigen Horizontalwinkel, unter dem das Objektivgehäuse 8 der Messvorrichtung 8 auf den nächsten Nivellierlattensetzpunkt gerichtet ist, indem sie das Richtungssignal des Richtungssensors M3 und das Drehfreigabesignal verwendet. Wenn das Objektivgehäuse 8 an dem nächsten Nivellierlattensetzpunkt die Drehung beendet, gibt die Steuerabschnitt-CPU ein Drehfreigabesignal für den Vertikalantriebsmotor M2 an den Antriebsabschnitt 35 aus. Der Antriebsabschnitt 35 dreht den Vertikalantriebsmotor M2 abwechselnd in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, und das Infrarotlaserlicht PB4 führt an dem nächsten Nivellierlattensetzpunkt eine hin- und hergehende Abtastung in vertikaler Richtung durch.
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Wenn sich ein Arbeiter in der Nähe des nächsten Nivellierlattensetzpunkts befindet, erfasst die Steuerabschnitt-CPU das Prisma 52 und führt eine Messung der Entfernung zu dem Prisma und eine Winkelmessung durch. Anschließend ermittelt die Steuerabschnitt-CPU durch Berechnung Daten über die Entfernung zwischen dem Prisma 52 und der Messvorrichtung 2 und Winkelmessdaten. Wie in 2 dargestellt weist die Messvorrichtung 2 einen Speicherabschnitt 36 (Speicherabschnitt der Messvorrichtung) und einen Funk-Sendeempfänger 37 (Funksendeempfänger der Messvorrichtung) auf. Der Speicherabschnitt 36 und der Funk-Sendeempfänger 37 sind mit der Steuerabschnitt-CPU verbunden. Die Entfernungsdaten und die Winkelmessdaten werden vorübergehend in dem Speicherabschnitt 36 gespeichert. Der Funk-Sendeempfänger 37 überträgt die Messdaten an einen tragbaren Funk-Sendeempfänger 30C.
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Bei der zuvor beschriebenen Konfiguration der Messvorrichtung 2 zur Durchführung der Entfernungsmessung und der Winkelmessung mittels automatischer Führung handelt es sich lediglich um ein Beispiel, und es sind Änderungen an der Messvorrichtung 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels möglich. Die Messvorrichtung 2 kann eine Laservorrichtung zum ungefähren Führen eines Arbeiters zu dem nächsten Nivellierlattensetzpunkt aufweisen.
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(Tragbarer Funk-Sendeempfänger)
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Zwar handelt es sich bei dem tragbaren Funk-Sendeempfänger 30C (im Folgenden vereinfacht als "Steuerung 30C" bezeichnet) beispielsweise um ein Multifunktions-Mobiltelefon (Smartphone) wie in 5 dargestellt, jedoch kann ein anderes Tablet-Endgerät oder ein Laptop-PC verwendet werden. Ein Anzeigeabschnitt 30G, ein Kameraabschnitt 30E (optisches Abbildungssystem), eine Steuerabschnitt-CPU', ein Speicherabschnitt 30L (Speicherabschnitt der tragbaren Einrichtung) und ein Funk-Sendeempfänger 30D (Funk-Sendeempfänger der tragbaren Einrichtung), die in 6 dargestellt sind, können erforderlich sein.
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Die vorab in einem Büro geplanten Planungsdaten zu einem Nivellierlattensetzpunkt sind in dem Speicherabschnitt 30L gespeichert und eine den Planungsdaten entsprechende Führungskarte kann auf dem Anzeigeabschnitt 30G angezeigt werden.
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Die Steuerabschnitt-CPU' weist als Funktionen das Anzeigen des nächsten Nivellierlattensetzpunkts und der gegenwärtigen Position des Arbeiters (gegenwärtige Position des Prismas 52) und das Erstellen der Führungsmappe auf, welche den Arbeiter zu dem nächsten Nivellierlattensetzpunkt führt. Die Steuerabschnitt-CPU' arbeitet als Differenzberechnungseinheit, als Einheit zur Berechnung der Bewegungsrichtung des Prismas, als Einheit zur Berechnung der Bewegungsrichtung der tragbaren Einrichtung, als Gradientenberechnungseinheit, als Korrektureinheit und als Anzeigeverarbeitungseinheit. Die Berechnungen zur Erstellung der Führungskarte unter Verwendung dieser Einheiten werden nachfolgend noch beschrieben. Die Steuerabschnitt-CPU', welche die Daten der gegenwärtigen Position der Messvorrichtung 2 und die Planungsdaten für die jeweiligen Nivellierlattensetzpunkte aufweist, kann die Horizontaldrehwinkel in Bezug auf die jeweiligen Nivellierlattensetzpunkte berechnen. Die Steuerabschnitt-CPU' hat die Funktion des Übertragens des Drehfreigabesignals von dem Funk-Sendeempfänger 30D in Richtung der Messvorrichtung 2, wenn ein Drehfreigabeknopf des Objektivgehäuses durch Berühren des Anzeigeabschnitts 30G eingeschaltet wird.
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(Nivellierlatte)
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Zwar kann jede bekannte Nivellierlatte verwendet werden, jedoch wird vorzugsweise eine Nivellierlatte 50 verwendet, wie sie in 7 dargestellt ist. Die Nivellierlatte 50 weist einen Beschlag 51 am unteren Ende auf, ist mit einem Rückreflexionsprisma 52 an einer in geeigneter Höhe gelegenen Position versehen, und weist einen Eingriffsabschnitt 53 auf, welcher die Steuerung 30C an dem oberen Ende der Latte stützen kann. Die Oberseite des Eingriffsabschnitts 53 ist eben, und ein Halter 54 (Befestigungsabschnitt), an welchem die Steuerung 30C lösbar befestigt werden kann, ist auf der Oberseite befestigt. Der Halter 54 ist derart angebracht, dass er das vordere Ende 30M (siehe 5) der Steuerung 30C in der Messvorrichtung direkt zugewandter Richtung F (siehe 8) hält, so dass das vordere Ende 30M nahezu mit der Einfallsrichtung des Prismas 52 zusammenfällt (Licht PB3, Licht PB4). Der Halter 54 fixiert die Steuerung 30C in Querrichtung mittels sich horizontal erstreckender Nägel und fixiert die Steuerung 30C in der rückwärtigen Richtung mittel der hinteren Enden der Nägel. Die Steuerung 30C ist auf der Seite der vorderen Enden der Nägel lösbar. Die Konfiguration des in 7 dargestellten Halters 54 ist lediglich ein Beispiel und es können beliebige Veränderungen auf der Grundlage der Kenntnisse eines Fachmanns auf diesem Gebiet vorgenommen werden, mittels welcher die allgemeine Positionierung des vorderen Endes 30M der Steuerung 30C in der der Messvorrichtung 2 direkt zugewandten Richtung F bestimmt werden kann, solange die Steuerung 30C lösbar ist.
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Wie beschrieben erfolgt die Messung mit dem Messsystem nach dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wie in 8 dargestellt unter Verwendung der vorangehenden Messvorrichtung 2, der Steuerung 30C und der Nivellierlatte 50. Der Arbeiter bewegt sich in die Nähe des nächsten Nivellierlattensetzpunkts P2 nachdem die Steuerung 30C auf der Achse der Nivellierlatte 50 befestigt wurde. Danach wird die Führungskarte zum Führen der Nivellierlatte 50 zum nächsten Nivellierlattensetzpunkt P2 auf dem Anzeigeabschnitt 30G der Steuerung 30C angezeigt.
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(Berechnung zur Erstellung der Führungskarte)
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Ein Flussdiagramm der Datenverarbeitung zur Erstellung der Führungskarte in dem Messsystem nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in 9 dargestellt. Sämtliche Berechnungen werden in der Speicherabschnitt-CPU' der Steuerung 30 durchgeführt. Zunächst berechnet die Steuerabschnitt-CPU' die Differenzen Δx, Δy zwischen der gegenwärtigen Position und dem Nivellierlattensetzpunkt auf der Basis der Positionsinformationen aus der Rückansicht, der Positionsinformationen über den nächsten Nivellierlattensetzpunkt und den Informationen über die gegenwärtige Position. Die Berechnung ist einer herkömmlichen Berechnung ähnlich und die Berechnung wird unter Bezugnahme auf 10 nachfolgend beschrieben.
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Die Werte der Positionen der Messvorrichtung (XN, YM) und dem nächsten Nivellierlattensetzpunkt P (XT, YT) sind bekannt. Die Entfernung D zu dem Prisma 52, der Zenitwinkel Z, bei dem es sich um einen vertikalen Drehwinkel der horizontalen Drehachse 7A handelt, ein horizontaler Drehwinkel H der vertikalen Drehachse 4A, ein mechanischer Nullpunkt (Position bei 0°) in Bezug auf den Unterbau 3, und eine Offsetkomponente HO werden in der Messvorrichtung 2 gemessen und an die Steuerung 30C übertragen.
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Die Steuerabschnitt-CPU' der Steuerung 30C berechnet die Position des Prismas 52 (XP, YP) auf der Basis der folgenden Gleichungen. XP = DsinZcos(H – HO) + XM (1) YP = DsinZsin(H – HO) + YM (2)
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Die Differenzen Δx, Δy zwischen der gegenwärtigen Position (XP, YP) und dem Nivellierlattensetzpunkt (XT, YT) können mittels der folgenden Gleichungen ermittelt werden, wobei es sich bei diesen um die Führungsinformationen handelt. Δx = XT – XP (3) Δy = YT – YP (4)
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Eine herkömmliche Führungskarte wurde auf der Grundlage der Abstandskomponenten Δx’, Δy’ erstellt, die wie nachfolgend angegeben unter Verwendung der oben genannten Δx und Δy ermittelt wurden. Wenn angenommen wird, dass die Steuerung 30C der Messvorrichtung 2 direkt zugewandt ist, werden Δx’ und Δy’ wie nachfolgend angegeben erhalten. Δx’ = Δxcos(H – HO + π) – Δysin(H – HO + π) (5) Δy’ = Δxsin(H – HO + π) + Δycos(H – HO + π) (6)
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Wenn ein Erdmagnetfeldsensor nahe er Steuerung vorgesehen ist und ein Ausgangswert φ des Erdmagnetfeldsensors verwendet wird, werden Δx’ und Δy’ wie nachfolgend angegeben erhalten. Δx’ = Δxcos(φ + H – HO + π) – Δysin(φ + H – HO + π) (5)’ Δy’ = Δxsin(φ + H – HO + π) + Δycos(φ + H – HO + π) (6)’
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Bei den Gleichungen (5) und (6), bei welchen angenommen wird, dass die Steuerung der Messvorrichtung direkt zugewandt ist, wird, wenn sich die Richtung der Steuerung sich aus der direkten Ausrichtung heraus bewegt, ein Fehler durch den von der direkten Ausrichtung abweichenden Winkel erzeugt, da die Berechnung mit φ = 0 durchgeführt wird. Bei den Gleichungen (5)' und (6)', in welchen der Erdmagnetfeldsensor verwendet wird, besteht die Möglichkeit, dass durch äußere Umstände, wie ein Magnetfeld auf einer Baustelle, ein erheblicher Fehler in dem gemessenen φ erzeugt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird die Führungskarte nicht durch Verwenden der Gleichungen (5) und (6) oder der Gleichungen (5)' und (6)' erstellt, sondern durch Verwenden korrigierter Abstandskomponenten Δx", Δy", die wie im Folgenden beschrieben erhalten werden.
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Es wird erneut auf 9 Bezug genommen, welche ein Flussdiagramm der Datenverarbeitung zeigt. In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung berechnet die Steuerabschnitt-CPU' die Bewegungsrichtung des Prismas 52 aus den zu diesem Zeitpunkt empfangenen Positionsinformationen und den zu dem vorherigen Zeitpunkt empfangenen Positionsinformationen. Sodann werden das an der Stelle, an welcher die gegenwärtigen Positionsinformationen empfangen wurden, aufgenommene Bild des Kameraabschnitts 30E und das an der Stelle, an der die vorhergehenden Positionsinformationen empfangen wurden, aufgenommene Bild des Kameraabschnitts 30E in einem optischen Fluss verarbeitet, um die Bewegungsrichtung der Steuerung 30C zu berechnen. Wenn das vordere Ende 30M der Steuerung 30C genau in der Richtung F, in welcher es der Messvorrichtung 2 zugewandt ist, ausgerichtet ist, sind die Bewegungsrichtung des Prismas 52 und die Bewegungsrichtung der Steuerung 30C koinzident. Sind jedoch die Bewegungsrichtungen voneinander verschieden, so befindet sich das vordere Ende 30M der Steuerung 30C nicht mehr in der direkten Ausrichtung F auf die Messvorrichtung (d.h. das Ende ist geneigt). Der Vorgang des vollständigen direkten Ausrichtens des vorderen Ende 30M der Steuerung 30C auf die Messvorrichtung 2 ist in der Praxis schwierig.
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Wenn sich die Bewegungsrichtung des Prismas 52 von der Bewegungsrichtung der Steuerung 30C unterscheidet, berechnet die Steuerungsabschnitt-CPU' den Gradienten θ (siehe 11) von der direkten Ausrichtung F des vorderen Endes 30M der Steuerung 30C und der Messvorrichtung 2. Anschließend werden die zuvor genannten Differenzen Δx, Δy unter Verwendung dieser Gradientenkomponente θ korrigiert, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
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Die Steuerung 30C empfängt Informationen über die Entfernung Di zum Prisma 52, den Zenitwinkel Zi und den zum gegenwärtigen ("i"-ten) Zeitpunkt empfangenen horizontalen Drehwinkel Hi sowie die Informationen über die Entfernung Di-1 zum Prisma 52, den Zenitwinkel Zi-1 und den zum vorhergehenden ("i-1"-ten) Zeitpunkt empfangenen horizontalen Drehwinkel Hi-1 von der Messvorrichtung 2. Die Steuerabschnitt-CPU' ermittelt die Bewegungsrichtung des Prismas 52 aus der Differenz zwischen dem "i-ten" Zeitpunkt und dem "i-1"-ten Zeitpunkt unter Verwendung der folgenden Gleichungen. δXi = Xi – Xi-1 (7) δYi = Yi – Yi-1 (8) δHi = Hi – Hi-1 (9)
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Die Bewegungsbeträge der Steuerung 30C (xFi, yFi, HFi) werden durch die optische Flussverarbeitung ermittelt. Die Komponenten der Erkennungswerte der Bewegungsbeträge (xFi, yFi, HFi) in der horizontalen Ebene werden verwendet, wenn die parallelen Komponenten in dem Kamerabild vorhanden sind, oder ein Beschleunigungssensor in der Steuerung 30C vorhanden ist. Der Drehbetrag (Gradient θ) der Steuerung 30C wird aus den nachfolgenden Gleichungen unter Verwendung eines Koordinatensystems als Standard berechnet. θi-1 = tan–1(δYi/δXi) – tan–1(yFi/xFi) (10) θi = θi-1 + HFi – δHi (11)
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Die korrigierten Abstandskomponenten Δx”, Δy” werden anhand der nachfolgenden Gleichungen berechnet, wobei die Richtung der Messvorrichtung 2 unter Verwendung der Führungsinformationen Δx, Δy als Standard angesetzt wird. Die Speicherabschnitt-CPU' zeigt die Führungskarte unter Verwendung der korrigierten Abstandskomponenten Δx”, Δy” auf dem Anzeigeabschnitt an. Δx” = Δxcos(θi + H – HO + π) – Δysin(θi + H – HO + π) (12) Δy” = Δxsin(θi + H – HO + π) – Δycos(θi + H – HO + π) (13)
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Der obige Ablauf wird unter Bezugnahme auf das in 13 dargestellte Flussdiagramm weiter beschrieben, welches das Messsystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels zum Gegenstand hat. Zunächst werden im Schritt S1 die Daten der Nivellierlattensetzpunkte P1 bis P5 in die Steuerung 30C eingegeben. Anschließend wird im Schritt S2 der rückwärts gerichtete Standpunkt gemessen, in dem die Vorrichtungsposition der Messvorrichtung 2 mittels der Messvorrichtung 2 berechnet wird, und die Offsetkomponente HO wird festgestellt. Danach wird im Schritt S3 der nächste Nivellierlattensetzpunkt unter P1 bis P5 ausgewählt. Sodann wird beurteilt, ob die Messvorrichtung 2 das Prisma 52 erfasst oder nicht. Wird das Prisma 52 nicht erfasst, wird im Anschluss an den Übergang zum Schritt S5 nach dem Prisma 52 durch Abtasten gesucht. Wenn das Prisma 52 erfasst wird, geht der Prozess zum Schritt S6 über. Im Schritt S6 wird die Entfernung zum Prisma 52 gemessen, und Di, Zi, Hi, Di-1, Zi-1 und Hi-1 werden von der Messvorrichtung 2 aus empfangen. Anschließend werden im Schritt S7 die korrigierten Abstandskomponenten Δx” und Δy” berechnet und die Führungskarte wird auf dem Anzeigeabschnitt 30G unter Verwendung der vorgenannten Komponenten angezeigt. Wen anschließend im Schritt S8 festgestellt wird, dass der Arbeiter eine Nivellierlatte an dem gewählten Nivellierlattensetzpunkt setzt, ist die Führung abgeschlossen.
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14 ist eine beispielhafte Darstellung der graphischen Anzeige der Führungskarte (Schritt S7) in dem Messsystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Der Mittelkreis in dem Bildschirm zeigt die Position des Arbeiters an (optische Achse O1 des Kameraabschnitts 30E) und ein schwarzer Punkt gibt die Position des nächsten Nivellierlattensetzpunkts P2 an. Die jeweiligen Nivellierlattensetzpunkte können durch den Arbeiter fixiert werden, indem er diese auf dem Boden als Markierungen markiert. Die Abstandskomponenten Δx” und Δy” von dem Mittelkreis zu dem schwarzen Punkt auf der Führungskarte können quantitativ angezeigt werden, wie im unteren Teil des Anzeigeabschnitts 30G dargestellt. Wie in 14 dargestellt, können die Positionsinformationen der Messvorrichtung 2 nach Bedarf ebenfalls angezeigt werden.
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Vorzugsweise kann die in 14 dargestellte Führungskarte dem Kamerabild überlagert werden, um eine instinktive Führung durchzuführen. Die Berechnungsschritte für diese Überlagerung sind den herkömmlichen Schritten ähnlich, und die zuvor beschriebenen Berechnungsschritte werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. Die Positionsinformationen des Beschlags 51 der Nivellierlatte 50 und die Maßstabinformationen der Kamerabilder werden vorab registriert. Ein Aufnahmewinkel ω in einem Kameramodus, der in 15 dargestellt ist, wird vorab eingestellt. Wie in 15 dargestellt kann die Steuerung die Umgebung der Nivellierlattensetzpunkte P1 bis P5 im Kameramodus aufnehmen. Das Positionsverhältnis in Bezug auf die Y-Richtung ist ähnlich dem Positionsverhältnis in Bezug auf die Y-Richtung, so dass erstere in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Die Höhe von der Bodenfläche zur Steuerung ist als "h" definiert, die Entfernung von der Nivellierlatte 30B zu der optischen Achse "O1" des Kameraabschnitts 30E ist mit "Of" bezeichnet, und Abweichungsbeträge zwischen der optischen Achse O1 und den Nivellierlattensetzpunkten P1 bis P5 sind als δx (oder δy) definiert. Wenn die Winkel zwischen der optischen Achse O1 des Kameraabschnitts 30E und den Nivellierlattensetzpunkten P1 bis P5 mit ψx (oder ψy) definiert sind, kann eine Entfernungsdifferenz L' unter Verwendung einer bekannten Gleichung berechnet werden, und die Entfernung Of wird vorab bestimmt, so dass die Speicherabschnitt-CPU' den Abweichungsbetrag δx (oder δy) aus der Entfernungsdifferenz L' und der Entfernung Of unter Verwendung der Gleichung (15) und den Winkel ψx (oder ψy) unter Verwendung der Gleichung (14) berechnen kann, da die Höhe “h” bekannt ist. δx = h × tanψx (δy = h × tanψy) (14) L’ = δx + Of (15)
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Dementsprechend kann die Speicherabschnitt-CPU' die Positionen der auf dem Bildschirm des Bildschirmabschnitts 30G anzuzeigenden Nivellierlattensetzpunkte P1 bis P5 auf der Basis des Verhältnisses zwischen dem Aufnahmewinkel ω und dem Winkel ψx (oder ψy) berechnen und die Nivellierlattensetzpunkte P1 bis P5 auf dem Bildschirm anzeigen, auf welchem auch tatsächlich der Boden abgebildet ist.
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In einem alternativen Beispiel wird in den Schritten S5 und S6 in 13 erkannt, ob die Führungsinformationen in das Blickfeld des Kamerabildes gelangen oder nicht. Nur wenn die Informationen in das Blickfeld gelangen, kann die Kamerafunktion aktiviert werden, um die Führung unter Verwendung der korrigierten Abstandskomponenten Δx” und Δy” durchzuführen, wodurch der Energieverbrauch der Steuerung 30C verringert wird.
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Es kann eine andere Konfiguration verwendet werden. In dieser Konfiguration werden die herkömmlichen korrigierten Abstandskomponenten Δx' und Δy' ebenfalls berechnet, und es ist ferner eine Einheit vorgesehen, welche dem Arbeiter anzeigt, wenn die Komponenten Δx' und Δy' in das Blickfeld der Kamera kommen. Nach der Anzeige, wird die Steuerung 30C an dem Halter 54 der Nivellierlatte angebracht, und die Führung wird mittels der korrigierten Abstandskomponenten Δx” und Δy” auf dem Kamerabild durchgeführt, um den Energieverbrauch der Steuerung 30C zu verringern.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Messvorrichtung
- 8
- Objektivgehäuse
- 9
- optisches Entfernungsmesssystem
- 10
- optisches Abtastsystem
- 35
- Antriebsabschnitt
- 36
- Speicherabschnitt der Messvorrichtung
- 37
- Funk-Sendeempfänger der Messvorrichtung
- 30C
- tragbarer Funk-Sendeempfänger
- 30G
- Anzeigeabschnitt
- 30E
- Kameraabschnitt
- CPU’
- Steuerabschnitt
- 30L
- Speicherabschnitt der tragbaren Einrichtung
- 30M
- vorderes Ende
- 50
- Nivellierlatte
- 51
- Beschlag
- 52
- Prisma
- 54
- Halter (Befestigungsabschnitt)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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