DE102016200877A1

DE102016200877A1 - System zum Messen einer dreidimensionalen Position

Info

Publication number: DE102016200877A1
Application number: DE102016200877.3A
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Nishita; Kaoru Kumagai
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2016-07-28
Also published as: US9739610B2; US20160216110A1; CN105823471B; CN105823471A

Abstract

Die Erfindung schafft ein System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Punktes, bei welchem eine Messung ohne besondere Einschränkungen durchgeführt werden kann, selbst wenn sich eine Richtstange von einem Messpunkt aus geneigt erstreckt. Hierzu weist das System auf: eine auf dem Messpunkt X positionierte Richtstange 4, ein Prisma 3, das an einer um eine bekannte erste feste Strecke L1 in axialer Richtung PP der Richtstange 4 in Bezug auf den Messpunkt X versetzten Position angebracht ist, ein Neigungsgehäuse 5 zum Befestigen eines Analysemusters 41, das an einer Position angeordnet ist, welche um eine zweite bekannte feste Strecke L2 in axialer Richtung PP der Richtstange 4 in Bezug auf das Prisma 3 versetzt ist und sich auf einer Ebene befindet, die senkrecht zur axialen Richtung PP der Richtstange 4 verläuft; und ein Vermessungsgerät 2, das einen Bilderfassungsabschnitt 22, einen Abschnitt 20 zum Messen der Entfernung zu dem Prisma und einen Abschnitt 11, 12 zum Messen eines Winkels aufweist. Die dreidimensionale Position des Messpunkts wird anhand einer dreidimensionalen Position des Prismas 3, einer aus einem Bild des Neigungsgehäuses 5 erhaltenen Neigungsrichtung A der Richtstange 4 und der ersten festen Strecke L1 gemessen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts und insbesondere ein System zum Messen der dreidimensionalen Position eines Messpunkts unter Verwendung einer Richtstange, an welcher ein Prisma um eine bekannte feste Strecke von dem Messpunkt versetzt angebracht ist.
Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Vermessung, des Messens oder der BIM (Building Information Modeling-Gebäudedatenmodellierung) wird eine dreidimensionale Position eines Messpunkts gemessen, indem im Allgemeinen ein Vermessungsgerät zum Messen der Entfernung und des Winkels sowie ein Retroreflexionsprisma verwendet werden. Bei dieser Messung kann der optisch reflektierende Punkt des Prismas nicht direkt auf dem Messpunkt platziert werden, da das Prisma eine bestimmte Abmessung hat. Daher ist das Prisma üblicherweise an einer Richtstange oder einem Richtstativ befestigt.
Genauer gesagt wird nachdem das vordere Ende der Richtstange auf dem Messpunkt angeordnet wurde und das Prisma an der um eine bekannte feste Strecke von dem Messpunkt versetzten Position befestigt wurde, die Messung der dreidimensionalen Position des Prismas durchgeführt, wobei die vertikale Ausrichtung der Richtstange unter Verwendung einer Libelle gewährleistet ist. Danach wird die dreidimensionale Position des Messpunkts berechnet, indem der Messwert um die genannte feste Strecke nach unten verschoben wird. Dieses Verfahren ist jedoch nicht bei einer Messung verwendbar, bei welcher die Richtstange geneigt ist, wie im Falle einer Raumecke.
Ferner wird ein anderes System zum Messen der dreidimensionalen Position eines Punktes vorgeschlagen, bei welchem die Messung durchgeführt werden kann, wenn die Richtstange gegenüber dem Messpunkt geneigt ist. In dem Patentdokument 1 beispielsweise werden, nachdem zwei Reflexionsprismen an einer Richtstange befestigt und voneinander um eine bekannte Strecke beabstandet wurden, die beiden Punkte der Prismen zum Berechnen der Position des Messpunkts in Bezug auf die beiden dreidimensionalen Positionen gemessen. In dem Patentdokument 2 wird die Position des Messpunkts unter Verwendung von Werten eines Einfallswinkelsensors und eines Neigungssensors, welche eine Richtstange aufweist, berechnet.
Ältere technische Publikationen
Patentdokumente

Patentdokument 1: JP-B-3735422
Patentdokument 2: JP-A-2010-223754

Überblick über die Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Bei der Konfiguration gemäß Patentdokument 2 können die beiden Positionen jedoch nicht gleichzeitig gemessen werden, so dass eine Einschränkung dahingehend besteht, dass die Prismen während des Messens der beiden Punkte bewegungslos sein müssen. Wenn der Abstand zwischen den beiden Prismen groß ist, müssen die beiden Prismen in nachteiliger Weise voneinander getrennt werden. Dir Konfiguration gemäß Patentdokument 2 erfordert hohe Kosten aufgrund des Anbringens eines neuen Sensors.
Die vorliegende Erfindung dient der Überwindung dieser Nachteile, und es ist eine Aufgabe der Erfindung ein System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Punktes zu schaffen, bei welchem eine Messung ohne besondere Einschränkungen durchgeführt werden kann, selbst wenn sich eine Richtstange von einem Messpunkt aus geneigt erstreckt.
Mittel zur Lösung der Probleme
Die zur Lösung der Aufgabe vorgesehene vorliegende Erfindung (Anspruch 1) weist die Konfiguration eines Systems zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts auf, wobei das System aufweist: eine auf dem Messpunkt positionierte Richtstange, ein Prisma, das an einer um eine bekannte erste feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf den Messpunkt versetzten Position angebracht ist, ein Neigungsgehäuse zum Befestigen eines Analysemusters, das an einer Position angeordnet ist, welche um eine zweite bekannte feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf das Prisma versetzt ist und sich auf einer Ebene befindet, die senkrecht zur axialen Richtung der Richtstange verläuft; und ein Vermessungsgerät, das einen Abschnitt zum Messen der Entfernung zu dem Prisma, einen Abschnitt zum Messen eines Winkels, und einen Bilderfassungsabschnitt aufweist, wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts anhand einer in den Entfernungs- und Winkelmessabschnitten erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas, einer aus einem von dem Bilderfassungsabschnitt erfassten Bild des Neigungsgehäuses erhaltenen Neigungsrichtung der Richtstange und der ersten festen Strecke gemessen wird.
Ein System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts nach einem bestimmten Ausführungsbeispiel weist auf: eine auf dem Messpunkt positionierte Richtstange, ein Prisma, das an einer um eine bekannte erste feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf den Messpunkt versetzten Position angebracht ist, ein Neigungsgehäuse zum Befestigen eines Analysemusters, das an einer Position angeordnet ist, welche um eine bekannte zweite feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf das Prisma versetzt ist und sich auf einer Ebene befindet, die senkrecht zur axialen Richtung der Richtstange verläuft; und ein Vermessungsgerät, das einen Abschnitt zum Messen der Entfernung zu dem Prisma, einen Abschnitt zum Messen eines Winkels, und einen Bilderfassungsabschnitt zum Aufnehmen einer Umgebungsszene und einen Prismenbilderfassungsabschnitt zum Aufnehmen des Prismas aufweist, wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts anhand einer in den Entfernungs- und Winkelmessabschnitten nach dem zum Kollimieren des Prismas erfolgten Abbilden des Prismas mit dem Prismenbilderfassungsabschnitt erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas, einer aus einem von dem Bilderfassungsabschnitt erfassten Bild des Neigungsgehäuses erhaltenen Neigungsrichtung der Richtstange und der ersten festen Strecke gemessen wird.
Bei den genannten Ausführungsbeispielen weist das System das Erhalten einer dreidimensionalen Position eines Prismenmittelpunkts des Primas in den Entfernungs- und Winkelmessabschnitten, das Berechnen eines Mustermittelpunkts des Analysemusters durch Analysieren des Bildes, das durch Abbilden des Neigungsgehäuses erhalten wurde, das Berechnen einer Positionsrichtung des Neigungsgehäuses in Bezug auf den Mustermittelpunkt und den Prismenmittelpunkt in dem Bild, das Berechnen der dreidimensionalen Position des Mustermittelpunkts, zu welcher eine Entfernung von der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts in Bezug auf die Positionsrichtung des Neigungsgehäuses die zweite feste Strecke ist, und das Messen der dreidimensionalen Position des Messpunkts durch Verschieben von Positionsinformationen von der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts um die erste feste Strecke in eine Richtung entlang einer Linie zwischen der dreidimensionalen Position des Mustermittelpunkts und der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts.
Bei der Richtstange, welche in dem System zum Messen der dreidimensionalen Position des Messpunkts nach den genannten Ausführungsbeispielen verwendet wird, ist das Prisma an einer Position befestigt, welche um die bekannte erste feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf den Messpunkt versetzt ist, wobei an dem Neigungsgehäuse das Analysemuster befestigt ist, das sich an einer Position befindet, welche um die bekannte zweite feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf das Prisma versetzt ist und sich auf der senkrecht zur axialen Richtung der Richtstange verlaufenden Ebene befindet.
Zur Lösung der genannten Aufgabe weist ein Verfahren zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts durch Verwenden einer auf dem Messpunkt positionierten Richtstange, eines Prismas, das mittels einer auf dem Messpunkt positionierten Richtstange beabstandet ist, eines Prismas, das an einer um eine bekannte erste feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf den Messpunkt versetzten Position angebracht ist, eines Neigungsgehäuses zum Befestigen eines Analysemusters, das an einer Position angeordnet ist, welche um eine bekannte zweite feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf das Prisma versetzt ist und sich auf einer Ebene befindet, die senkrecht zur axialen Richtung der Richtstange verläuft, und eines Vermessungsgeräts, das einen Abschnitt zum Messen der Entfernung zu dem Prisma, einen Abschnitt zum Messen eines Winkels, und einen Bilderfassungsabschnitt aufweist, die folgenden Schritte auf: Erhalten einer dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts des Primas in den Entfernungs- und Winkelmessabschnitten, Berechnen eines Mustermittelpunkts des Analysemusters durch Analysieren eines Bildes, das durch Abbilden des Neigungsgehäuses erhalten wurde, Berechnen einer Positionsrichtung des Neigungsgehäuses in Bezug auf den Mustermittelpunkt und den Prismenmittelpunkt in dem Bild, Berechnen der dreidimensionalen Position des Mustermittelpunkts, welcher von der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts um die zweite feste Strecke in Bezug auf die Positionsrichtung des Neigungsgehäuses versetzt ist, und Messen der dreidimensionalen Position des Messpunkts durch Bewegen von Positionsinformationen von der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts um die erste feste Strecke in eine Richtung entlang einer Linie zwischen der dreidimensionalen Position des Mustermittelpunkts und der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts.
Ein System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts nach einem anderen Ausführungsbeispiel weist auf: eine auf dem Messpunkt positionierte Richtstange, ein Ziel, das an einer um eine bekannte erste feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange von dem Messpunkt versetzten Position angebracht ist, ein Neigungsgehäuse zum Befestigen eines Analysemusters, das an einer Position angeordnet ist, welche um eine bekannte zweite feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf das Ziel versetzt ist und sich auf einer Ebene befindet, die senkrecht zur axialen Richtung der Richtstange verläuft, und ein Vermessungsgerät, das einen Abschnitt zum Messen der Entfernung zu dem Ziel, einen Abschnitt zum Messen eines Winkels, und einen Bilderfassungsabschnitt, wobei ein Neigungsgehäuse zum Befestigen eines Analysemusters, das an einer Position angeordnet ist, welche um eine bekannte zweite feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf das Ziel versetzt ist und sich auf einer Ebene befindet, die senkrecht zur axialen Richtung der Richtstange verläuft, eine dreidimensionale Position des Zielmittelpunkts in den Entfernungs- und Winkelmessabschnitten erhalten wird, eine Positionsrichtung des Neigungsgehäuses aus dem Mustermittelpunkt und dem Zielmittelpunkt in dem Bild berechnet wird, eine dreidimensionale Position des Mustermittelpunkts berechnet wird, welche in Bezug auf die dreidimensionale Position des Zielmittelpunkts um die zweite feste Strecke in Positionsrichtung des Neigungsgehäuses versetzt ist, und die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem die Positionsinformationen von der dreidimensionalen Position des Zielmittelpunkts um die erste feste Strecke in eine Richtung entlang einer Linie zwischen der dreidimensionalen Position des Mustermittelpunkts und der dreidimensionalen Position des Zielmittelpunkts bewegt werden.
Ein System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist auf: ein Prisma, das an einer um eine bekannte erste feste Strecke in Bezug auf den Messpunkt versetzten Position angebracht ist, ein Neigungsgehäuse zum Befestigen eines Analysemusters, das an einer Position angeordnet ist, welche um eine bekannte zweite feste Strecke in Bezug auf das Prisma in derselben Richtung wie die erste feste Strecke versetzt ist und sich auf einer Ebene befindet, die senkrecht zu einer Linie zwischen dem Messpunkt und einem Prismenmittelpunkt des Prismas verläuft, und ein Vermessungsgerät, das einen Abschnitt zum Messen der Entfernung zu dem Prisma, einen Abschnitt zum Messen eines Winkels, und einen Bilderfassungsabschnitt aufweist, wobei die dreidimensionale Position des Prismenmittelpunkts in dem Entfernungmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt erhalten wird, ein Mustermittelpunkt des Analysemusters durch Analysieren eines Bildes berechnet wird, welches durch Abbilden des Neigungsgehäuses erhalten wird, eine Positionsrichtung des Neigungsgehäuses aus dem Mustermittelpunkt und dem Prismenmittelpunkt in dem Bild berechnet wird, eine dreidimensionale Position des Mustermittelpunkts berechnet wird, welche in Bezug auf die dreidimensionale Position des Prismenmittelpunkts um die zweite feste Strecke in der Positionsrichtung des Neigungsgehäuses versetzt ist, und die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts in eine Richtung entlang einer Linie zwischen der dreidimensionalen Position des Mustermittelpunkts und der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts bewegt werden.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die dreidimensionale Position des Messpunkts selbst bei geneigter Richtstange gemessen werden, indem das vordere Ende der Richtstange auf dem Messpunkt platziert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Gesamtkonfiguration eines Systems zum Messen einer dreidimensionalen Position gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer inneren Konfiguration eines Vermessungsgeräts gemäß dem Ausführungsbeispiel.
3 ist eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Richtstange gemäß dem Ausführungsbeispiel.
4 ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Messzustands unter Verwendung der Richtstange.
5 zeigt Darstellungen der Richtstange aus der Richtung des Vermessungsgeräts gesehen, wobei 5(a) einen Zustand zeigt, in welchem die axiale Richtung der Richtstange mit der Blickrichtung zusammenfällt, und 5(b) einen Zustand zeigt, in dem die axiale Richtung der Richtstange gegenüber der Blickrichtung versetzt ist.
6 zeigt Flussdiagramme der Messung in dem System zum Messen der dreidimensionalen Position gemäß dem Ausführungsbeispiel, wobei 6(a) das grundlegende Flussdiagramm zeigt und 6(b) das Flussdiagramm bei automatischer Suche darstellt.
7 ist ein Flussdiagramm zur Berechnung der dreidimensionalen Position.
8 ist ein Beispiel für ein visuelles Bild.
9 ist eine Konzeptdarstellung des Messverfahrens.
10 ist ein alternatives Beispiel für ein Analysemuster.
11 ist ein alternatives Beispiel für ein Neigungsgehäuse(-modul).
12 ist ein anderes alternatives Beispiel für das Neigungsgehäuse.
13 zeigt ein weiteres alternatives Beispiel für das Neigungsgehäuse.
14 zeigt ein Flussdiagramm zur Berechnung der dreidimensionalen Position in dem weiteren alternativen Beispiel nach 13.
15 zeigt ein Beispiel für ein anderes visuelles Bild.
16 zeigt ein Beispiel für ein weiteres visuelles Bild.
17 ist eine Konzeptdarstellung des Messverfahrens nach dem alternativen Beispiel in 13.
18 zeigt eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Richtstange gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
19 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung einer inneren Konfiguration eines Vermessungsgeräts gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
20 zeigt Flussdiagramme der Messung in dem System zum Messen der dreidimensionalen Position nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei 20(a) das grundlegende Flussdiagramm zeigt und 20(b) das Flussdiagramm bei automatischer Suche darstellt.
21 zeigt eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsbeispiele zur Durchführung der Erfindung
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Gesamtsystem)
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Gesamtkonfiguration eines Systems zum Messen einer dreidimensionalen Position gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das System 1 weist ein Vermessungsgerät 2, ein Prisma 3, eine Richtstange 4 und ein Neigungsgehäuse(-modul) 5 auf. Das vordere Ende der Richtstange 4 ist an einem Messpunkt X angeordnet. Das Vermessungsgerät 2 ist unter Verwendung eines Stativs 6 an einer bekannten Position angeordnet. Ein Pfeil "e" gibt die Blickrichtung des Vermessungsgeräts 2 an.
(Vermessungsgerät)
Das Vermessungsgerät 2 ist eine motorgetriebene Totalstation, mit welcher eine automatische Suche durchgeführt werden kann. 2 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer inneren Konfiguration des Vermessungsgeräts.
Das Vermessungsgerät 2 weist einen Horizontalwinkeldetektor 11, einen Vertikalwinkeldetektor 12, einen Neigungsdetektor 13, einen Operationsabschnitt 14, einen Horizontaldrehantriebsabschnitt 15, einen Vertikaldrehantriebsabschnitt 16, einen Berechnungssteuerabschnitt 17, einen Speicherabschnitt 18, einen Kommunikationsabschnitt 19, ein elektrooptisches Distanzmessinstrument (EDM) 20, einen Prismenbilderfassungsabschnitt 21, einen Bilderfassungsabschnitt 22, einen Anzeigeabschnitt 23, einen Abtastabschnitt 24 und einen zweiten Bilderfassungsabschnitt 25 auf.
Das EDM 20 ist ein Abschnitt zum Messen der Entfernung zu dem Prisma 3 durch Kollimieren des Prismas 3 für das Ausgeben von Entfernungsmesslicht, wie beispielsweise ein Infrarotlaserlicht. Der Abtastabschnitt 24 sucht das Prisma 3 durch Abtasten, indem er ein Abtastlicht wie Infrarotlaserlicht ausgibt, dessen Wellenlänge von derjenigen des Entfernungsmesslichts verschieden ist. Bei dem Horizontaldrehantriebsabschnitt 15 und dem Vertikaldrehantriebsabschnitt 16 handelt es sich um Motoren zum Drehen des das EDM 20 enthaltenden Gehäuses in horizontaler bzw. vertikaler Richtung. Der Horizontalwinkeldetektor 11 und der Vertikalwinkeldetektor 12 sind Drehgeber, bei welchen es sich um Abschnitte zum Messen eines Horizontalwinkels bzw. eines Vertikalwinkels einer standardmäßigen optischen Achse durch Erhalten von Drehwinkeln des das EDM 20 enthaltenden Gehäuses in horizontaler bzw. vertikaler Richtung handelt. Der Neigungssensor 13 dient dem Erkennen der Neigung des EDM 20 zum Zweck der Nivellierung der Neigung.
Ein Speicherabschnitt 18 speichert verschiedene Programme einschließlich eines Programms zur Durchführung der Entfernungs- und Winkelmessungen durch Steuern des EDM 20, eines Programms zum Antreiben des Horizontal- und des Vertikaldrehantriebsabschnitts 15, 16 auf der Basis von Signalen, welche von dem Operationsabschnitt 14 eingegeben werden, eines Programms zur Steuerung der Kommunikation, eines Programms zur Durchführung der automatischen Kollimation und der automatischen Suche nach dem Prisma 3, eines im Folgenden beschriebenen Bildverarbeitungsprogramms, und eines Operationsprogramms zum Berechnen der dreidimensionalen Position des Messpunkts X, welches im Folgenden beschrieben wird. Der Operationsabschnitt 14 kann verschiedene Operationen ausführen, die für die genannten Programme erforderlich sind. Der Berechnungssteuerabschnitt 17 führt die genannten Programme zur Durchführung der verschiedenen Berechnungen und der verschiedenen Steuerungen aus. Der Kommunikationsabschnitt 19 empfängt Befehlssignale von externen Funkgeräten. Bei Empfang der externen Befehle wird das EDM 20 von dem Berechnungssteuerabschnitt 17 in Richtung des Messpunkts gedreht und angetrieben, und darüber hinaus beginnt und stoppt der genannte Abschnitt die automatische Suche. Der Anzeigeabschnitt 23 zeigt verschiedene Anzeigen und verschiedene Messwerte.
Der Prismenbilderfassungsabschnitt 21 und der Bilderfassungsabschnitt 22 sind Bildsignale ausgebende Bildsensoren, wie beispielsweise CCD- oder CMOS-Sensoren, und sind als Pixelaggregate ausgebildet. Der Bilderfassungsabschnitt 22 nimmt die Umgebungsszene des Prismas 3 (die Szene einschließlich des Prismas 3) auf. Der Prismenbilderfassungsabschnitt 21 ist mit einem Filter versehen, der lediglich die Wellenlänge des Abtastlichts durchlässt, und der Abschnitt ist derart konfiguriert, dass er in geeigneter Weise nur das Prisma 3 aufnimmt, indem er das von dem Prisma 3 reflektierte Abtastlicht des Abtastabschnitts 24 empfängt. Ein zweiter Bilderfassungsabschnitt 25 ist ein arbiträres Element und weist einen weiteren Blickwinkel als der Bilderfassungsabschnitt 22 auf. Die Verwendung wird im Folgenden noch beschrieben.
Die zuvor beschriebene Konfiguration ist ein Beispiel für das Vermessungsgerät 2 und es können Modifizierungen entsprechend den Kenntnissen eines Fachmanns auf diesem Gebiet vorgenommen werden.
(Richtstange)
3 ist eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Richtstange gemäß dem Ausführungsbeispiel, und 4 ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Messzustands unter Verwendung der Richtstange von 3. Die Richtstange 4 weist ein stangenförmiges Stützelement 31, das Prisma 3 und das Neigungsgehäuse 5 auf.
Das vordere Ende des Stützelements 31 ist beschlagartig ausgebildet und während der Messung auf dem Messpunkt X angeordnet. Das Material des Stützelements 31 unterliegt keiner besonderen Beschränkung, wobei ein Material mit moderater Festigkeit und geringem Gewicht, beispielsweise Metall, bevorzugt ist. Das Prisma 3 ist an dem anderen Ende des Stützelements 31 angebracht.
Das Prisma 3 ist derart befestigt, dass der Mittelpunkt des Prismas 3 (im Folgenden als "Prismenmittelpunkt Pc" bezeichnet") in axialer Richtung PP der Richtstange 4 (des Stützelements 31) angeordnet ist. Der Prismenmittelpunkt Pc ist genau genommen ein schwebender Punkt. Der schwebende Punkt bezieht sich auf einen virtuellen Punkt, der unbeweglich scheint, wenn das Prisma 3 in Bezug auf das Vermessungsgerät 2 geneigt ist. Die Strecke von dem Prismenmittelpunkt Pc zum vorderen Ende (Messpunkt X) des Stützelements 31 ist als bekannte Entfernung festgelegt (diese Entfernung wird im Folgenden als "erste feste Strecke L1" bezeichnet). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann anstatt eines Winkelreflektors jedes Material, das Eingangsstrahlen als parallele Reflexionsstrahlen ausgeben kann und die Bildanalyse des Zielmittelpunkts ermöglicht, als das Prisma 3 verwendet werden, und auch eine retroreflektierende Folie ist verwendbar.
(Neigungsgehäuse)
Wie in den 3 und 4 dargestellt weist das Neigungsgehäuse 5 ein Analysemuster 41 und ein Gehäuse 42 auf, welches das Analysemuster 41 stützt.
Das Analysemuster 41 ist in einer Ebene angebracht, die senkrecht zur axialen Richtung PP der Richtstange 4 verläuft und in Bezug auf den Prismenmittelpunkt Pc entlang der axialen Richtung PP der Richtstange 4 um eine bekannte Entfernung (die im Folgenden als "zweite feste Strecke L2" bezeichnet wird) in Richtung der Vorderseite versetzt ist. Bezogen auf die Vorder-/Rückseitenrichtung ist die dem Messpunkt X zugewandte Seite als in der axialen Richtung PP hinten liegend definiert. Das Analysemuster 41 ist in diesem Ausführungsbeispiel als präziser Kreis mit einer Musterbreite 44 ausgebildet.
Das Analysemuster 41 kann jedoch eine beliebige Form aufweisen, vorausgesetzt der Mittelpunkt des Analysemusters 41 (der im Folgenden beschriebene Mustermittelpunkt Kc) ist durch die Bildanalyse bestimmbar. Ein alternatives Beispiel des Analysemusters 41 wird im Folgenden noch beschrieben (10).
Das Gehäuse 42 ist ein hohles zylindrisches Element mit einer Öffnung 43 in seinem vorderen Ende und dem Analysemuster 41 auf seiner Vorderseite, wobei das Gehäuse das Prisma 3 aufnimmt. Das Gehäuse 42 ist an dem Stützelement 31 angebracht.
Jedoch ist es nicht erforderlich, dass die Form des Gehäuses 42 annähernd der Form des Analysemusters 41 entspricht, und das Gehäuse 42 kann aus einem beliebigen Material bestehen, das ein Befestigen des Analysemusters 41 vor oder hinter dem Prisma 3 ermöglicht.
Das auf der Vorderseite des Gehäuses 42 ausgebildete Analysemuster 41, welches die Öffnung 43 definiert, ist nicht notwendigerweise aus dem gleichen Material wie das Gehäuse 42 gebildet und ist vorzugsweise mit einer beispielsweise durch Drucken und Aufkleben erzeugten Färbung versehen, die für die Bildverarbeitung einen stärkeren Kontrast bewirkt, wie beispielsweise schwarz und weiß. Das Analysemuster 41 kann auch auf dem Außen- oder dem Innenumfang ausgebildet sein. Das Prisma 3 und das Neigungsgehäuse 5 können durch geeignete Mittel, beispielsweise haftendes Verbonden, Schraubverspannen, konkav-konvexen Zusammengriff und Schweißen, befestigt werden.
5 zeigt Darstellungen der Richtstange 4 aus der Richtung des Vermessungsgeräts 2 gesehen, wobei 5(a) einen Zustand zeigt, in welchem die axiale Richtung PP der Richtstange 4 mit der Blickrichtung "e" zusammenfällt, und 5(b) einen Zustand zeigt, in dem die axiale Richtung PP der Richtstange 4 gegenüber der Blickrichtung "e" versetzt ist.
Wenn die Blickrichtung "e" des Vermessungsgeräts 2 mit der axialen Richtung PP der Richtstange 4 zusammenfällt, ist das Prisma 3 auf dem Mustermittelpunkt Kc des Musters 41 wie in 5(a) gezeigt zu sehen. Wenn hingegen die Blickrichtung "e" nicht mit der axialen Richtung PP der Richtstange 4 zusammenfällt, ist das nicht auf dem Mustermittelpunkt Kc positionierte Prisma 3 an einer dem Verlauf der Blickrichtung "e" entgegengesetzten Position zu erkennen, wie in 5(b) dargestellt.
In dem Neigungsgehäuse 5 verändert sich die Position des Prismas 3 (Prismenmittelpunkt Pc) in Bezug auf den Mustermittelpunkt Kc in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel in Bezug auf die Blickrichtung "e". Dementsprechend kann die Ausrichtung des Neigungsgehäuses 5 in Bezug auf die Blickrichtung "e" ermittelt werden, indem eine Aufnahme des Musters 41 gemacht wird und anschließend eine Bildanalyse derselben vorgenommen wird. Wenn ersichtlich ist, wie weit das Muster 41 gegenüber dem Prismenmittelpunkt Pc versetzt ist (zweite feste Strecke L2), kann die Neigungsrichtung der Richtstange 4 analysiert werden. Genauer gesagt kann die dreidimensionale Position des Messpunkts X entsprechend dem folgenden Verfahren gemessen werden.
(Messverfahren)
Zunächst wird die Messung im Überblick beschrieben. 6 zeigt Flussdiagramme der Messung in dem System 1 zum Messen der dreidimensionalen Position, wobei 6(a) das grundlegende Flussdiagramm zeigt und 6(b) das Flussdiagramm bei automatischer Suche darstellt.
Wie schematisch in 6(a) dargestellt wird das Prisma 3 im Schritt S11 durch Abtasten mit einem Abtastabschnitt 24 gesucht. Danach wird im Schritt S12 auf der Grundlage eines Bildes, das ein von dem Prismenbilderfassungsabschnitt 21 aufgenommenes Bild ausschließlich des Prismas 3 ist, entschieden, ob eine automatische Kollimation des Prismas 3 durchgeführt wird. Wenn keine automatische Kollimation durchgeführt wird, kehrt die Verarbeitung zum Schritt S11 zurück. Wird die automatische Kollimation durchgeführt, geht die Verarbeitung zum Schritt S13 über und die Entfernung sowie der Winkel in Bezug auf das Prisma 3 werden gemessen, um die dreidimensionale Position des Prismas 3 zu bestimmen. Anschließend geht di Verarbeitung zum Schritt S14 über, um mittels des Bilderfassungsabschnitts 22 eine Aufnahme des Neigungsgehäuses 5 zu machen. Der Schritt S13 und der Schritt S14 können gleichzeitig ausgeführt werden. Danach geht die Verarbeitung zu dem Schritt S15 über, um die dreidimensionale Position des Messpunkts X zu berechnen. Anschließend geht die Verarbeitung zu dem Schritt S16 über, um den Messpunkt X in dem Anzeigeabschnitt 23 anzuzeigen, und die Verarbeitung ist beendet.
Zur Durchführung der automatischen Suche, wie sie in 6(b) dargestellt ist, wird das Prisma 3 im Schritt S21 durch Abtasten gesucht, und im Schritt S22 wird auf der Grundlage eines Bildes, das ein von dem Prismenbilderfassungsabschnitt 21 aufgenommenes Bild ausschließlich des Prismas 3 ist, entschieden, ob das Prisma 3 erfasst (kollimiert) ist oder nicht. Die nachfolgenden Schritte S23 bis S26 sind den Schritten S13 bis S16 ähnlich. Wenn im Schritt S27 das Beenden des automatischen Suchens angefordert wird, geht die Verarbeitung zum Schritt S28 über, um die Suche zu beenden. Wenn der Beendigungsbefehl nicht gegeben wird, kehrt die Verarbeitung zum Schritt S22 zurück, um die Suche fortzusetzen.
(Verfahren zur Berechnung der dreidimensionalen Position)
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Berechnung der dreidimensionalen Position des Messpunkts X im Schritt S15 oder im Schritt S25 der 6 des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm zur Berechnung der dreidimensionalen Position. Die 8 und 9 sind Zeichnungen zur Ergänzung der Beschreibung des Flussdiagramms von 7. 8 ist ein Beispiel für ein visuelles Bild, und 9 ist eine Konzeptdarstellung des Messverfahrens.
Zunächst wird im Schritt S111 der Mustermittelpunkt Kc des Analysemusters 41 anhand eines mittels des Bilderfassungsabschnitts 22 erhaltenen visuellen Bildes (siehe 8) einer Bildanalyse unterzogen.
Danach werden im Schritt S112 der durch das EDM 20 erhaltene Betrag der gemessenen Entfernung des Prismas 3 und der durch den Horizontalwinkeldetektor 11 und den Vertikalwinkeldetektor 12 erhaltene Betrag des gemessenen Winkels aus dem Speicherabschnitt 18 ausgelesen.
Anschließend werden im Schritt S113 ein Wert Xc der Horizontalrichtungsabweichung und ein Wert Yc der Vertikalrichtungsabweichung zwischen den Positionen des Prismenmittelpunkts Pc und des Mustermittelpunkts Kc in dem Bild ermittelt (siehe 8). Das Prisma 3 erscheint nicht oft in dem Bilderfassungsabschnitt 22, obwohl das Prisma 3 durch den Prismenbilderfassungsabschnitt 21 aufgenommen wurde. Jedoch wird die dreidimensionale Position des Prismenmittelpunkts Pc offensichtlich erkannt, so dass der Prismenmittelpunkt Pc dort, wo er auf dem visuellen Bild des Bilderfassungsabschnitts 22 positioniert ist, vorab in dem Speicherabschnitt 18 gespeichert werden kann, wenn das Prisma 3 kollimiert ist. Die Positionsrichtung (der Richtungsvektor B) des Neigungsgehäuses 5 (des Mustermittelpunkts Kc) wird aus den Abweichungswerten Xc und Yc (siehe 9) bestimmt. Der Richtungsvektor enthält lediglich Informationen hinsichtlich der Richtung ohne Dimensionen.
Danach wird im Schritt S114 eine um den Prismenmittelpunkt Pc zentrierte Kugel S mit einem Radius, welcher der zweiten festen Strecke L2 entspricht, gebildet, um den Schnittpunkt der Kugel S mit dem Richtungsvektor B zu bestimmen. Die Positionsinformationen dieses Schnittpunkts stellen die dreidimensionale Position des Mustermittelpunkts Kc dar. Danach wird eine Linie (Richtungsvektor A) durch den Mustermittelpunkt Kc (dreidimensionale Position) und den Prismenmittelpunkt Pc (dreidimensionale Position) bestimmt (siehe 9). Der Richtungsvektor A ist die Neigungsrichtung der Richtstange 4.
Im Schritt S115 wird sodann die dreidimensionale Position des Messpunkts X durch Bewegen der Positionsinformationen von der Position des Prismenmittelpunkts Pc um die erste feste Strecke L1 in Richtung des Richtungsvektors A bestimmt.
(Effekte)
Bei dem vorhergehenden erfindungsgemäßen System 1 zum Messen einer dreidimensionalen Position fällt die Linie zwischen dem Mustermittelpunkt Kc und dem Prismenmittelpunkt Pc (Richtungsvektor A) mit der axialen Richtung PP der Richtstange 4 zusammen, da das Analysemuster 41 durch das Neigungsgehäuse 5 um den bekannten Betrag (zweite feste Strecke L2) in axialer Richtung PP gegenüber dem Prisma 3 (Prismenmittelpunkt Pc) versetzt ist. Aus diesem Grund kann der Messpunkt X gemessen werden, indem die Positionsinformationen von dem Prismenvektor P an dem Prismenmittelpunkt Pc um die erste feste Strecke L1 in Richtung des Richtungsvektors A bewegt werden (siehe 9).
Die Schritt S11 bis S13 oder die Schritte S21 bis S23 des vorliegenden Ausführungsbeispiels können durchgeführt werden, falls die Kollimation anhand des Bildes durchgeführt wird, welches durch den Bilderfassungsabschnitt 22 erhalten wurde. In diesem Fall kann die Kollimation anhand eines Bildes durchgeführt werden, das mit Belichtungsstrahlen eines kontinuierlichen Spektrums und nicht mit einer spezifischen Wellenlänge des Abtastabschnitts 24 erhalten wurde.
Jedoch wird die Kollimation anhand des Bildes durchgeführt, welches nur das Prisma 3 zeigt und im Abtastabschnitt 24 und dem Prismenbilderfassungsabschnitt 21 in den Schritten S11 bis S13 oder den Schritten S21 bis S23 erhalten wird, nachdem der Prismenbilderfassungsabschnitt 21 getrennt von dem Bilderfassungsabschnitt 22 installiert wurde. Dadurch kann die automatische Kollimation bestimmter durchgeführt werden und die Position des Prismas 3 kann genauer analysiert werden, so dass die dreidimensionale Position des Prismenmittelpunkts PC in dem genannten Schritt S115 vorzugsweise mit größerer Genauigkeit erhalten werden kann.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ein Benutzer die dreidimensionale Position des Messpunkts X ohne Einstellungsarbeiten, wie beispielsweise das Nivellieren des Prismas 3, selbst wenn die Richtstange 4 geneigt ist, messen, indem lediglich das vordere Ende der Richtstange 4 an den Messpunkt X angelegt wird, wodurch die Arbeitseffizienz erhöht ist. Wie in 5(b) dargestellt ermöglicht die Kombination mit der automatischen Suche die aufeinanderfolgenden Messungen, indem die Richtstangen 4 nacheinander an die zu messenden Punkte angelegt werden, da die Messwerte der Entfernung und des Winkels des Prismas und des Mustermittelpunkts Kc in Echtzeit berechnet werden, um die Position des Messpunkts X zu aktualisieren, so dass die Arbeitseffizienz weiter erhöht wird.
Es ist kein weiterer Sensor zum Messen der Neigung der Richtstange 4 erforderlich, so dass ein kostengünstiger Betrieb erreicht werden kann. Im Vergleich mit der Verwendung eines Sensorwerts kann eine höhere Genauigkeit erreicht werden, da der Messpunkt X aus dem Analysewert des Analysemusters 41 auf der Grundlage der Position des Prismas berechnet wird, die mit höherer Genauigkeit ermittelt werden kann.
Das System 1 zur Messung einer dreidimensionalen Position kann installiert werden, indem die Position, an welcher das Prisma 3 an einer herkömmlichen Richtstange 4 angeordnet ist, verändert wird und das Neigungsgehäuse 5 hinzugefügt wird. Das Neigungsgehäuse 5 ist sehr kostengünstig, da es auf einfache Weise durch das Analysemuster 41 und das Gehäuse 42, welches das Muster 41 trägt, gebildet werden kann.
Die Empfindlichkeitseinstellung des Neigungswinkels kann in dem System 1 zur Messung einer dreidimensionalen Position gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einfache Weise durchgeführt werden. Der Bewegungsbetrag des Prismas 3 in dem Bild in Bezug auf den Neigungswinkel zur Blickrichtung "e" kann scheinbar vergrößert werden, wenn die Länge der zweiten festen Strecke L2 vergrößert wird. Das heißt, dass die Empfindlichkeitseinstellung auf einfache Weise durchgeführt werden kann, indem lediglich die Länge des Neigungsgehäuses 5 (zweite feste Strecke L2) verändert wird. Aus diesem Grund ist es ebenfalls bevorzugt, dass Neigungsgehäuse 5 zum Messen einer langen Strecke, einer mittleren Strecke und einer kurzen Strecke bereitgestellt werden, welche je nach Verwendung ausgetauscht werden können.
Wenn der Neigungswinkel in Bezug auf die Blickrichtung "e" übermäßig groß ist, kann die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers bei der Bildverarbeitung erhöht werden. Da jedoch der übermäßige Neigungswinkel bei dem System 1 zum Messen einer dreidimensionalen Position nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kollimation des Prismas 3 aufgrund des Gehäuses 42 verhindert, werden die Schritte nach dem Schritt S12 oder dem Schritt S22 in 6 nicht durchgeführt, so dass die Messung gestoppt wird, um eine falsche Messung zu verhindern.
(Alternative Beispiele)
Die 10 bis 13 zeigen alternative Beispiele zu dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
10 zeigt ein alternatives Beispiel für das Analysemuster 41. Dem in 10(a) dargestellten Analysemuster fehlt ein Teil des ellipsenförmigen Analysemusters 41. Auch in diesem Fall kann der Mustermittelpunkt Kc als Mittelpunkt paralleler Linien erhalten werden. Das in 10(b) dargestellte Analysemuster ist rechteckig. Auch in diesem Fall kann der Mustermittelpunkt Kc als Schnittpunkt diagonaler Linien erhalten werden. Das in 10(c) dargestellte Analysemuster ist durch zwei parallele Linien gebildet. Auch in diesem Fall kann der Mustermittelpunkt Kc als der Schnittpunkt diagonaler Linien und als der Mittelpunkt einer senkrechten Halbierenden erhalten werden.
11 zeigt ein alternatives Beispiel hinsichtlich der Position des Neigungsgehäuses 5. Bei diesem Beispiel ist das Neigungsgehäuse 5 hinter dem Prisma 3 ausgebildet. Bei diesem Beispiel ist das Analysemuster 41 an einer Position angebracht, die sich auf einer zur axialen Richtung PP der Richtstange 4 senkrechten Ebene befindet und in axialer Richtung PP der Richtstange 4 und nach hinten gegenüber dem Prismenmittelpunkt Pc um die bekannte Entfernung (zweite feste Strecke L2) versetzt ist. Auch bei dieser Konfiguration kann der Messpunkt X unter Verwendung des in 7 dargestellten Verfahrens gemessen werden.
12 zeigt ein alternatives Beispiel für das Neigungsgehäuse 5 in 3, bei welchem eine Beleuchtungsvorrichtung 8 an der Rückseite des Gehäuses 5 angeordnet ist. Die Beleuchtungsvorrichtung 8 kann eine beliebige Ausbildung aufweisen, wobei die Vorrichtung 8 beispielsweise einen LED-Chip und ein elektronische Substrat in einem Gehäuse aufweist, derart, dass die Vorrichtung 8 je nach Bedarf mittels eines externen Schalters ein- und ausgeschaltet werden kann, wie in 12 dargestellt. Die auf der Rückseite des Gehäuses 5 angebrachte Beleuchtungsvorrichtung 8 ermöglicht das Aufnehmen eines Bildes des Analysemusters 41 selbst an dunklen Orten, so dass sie für Messungen bei Nacht vorteilhaft ist.
13 zeigt ein weiteres Beispiel für die Position des Neigungsgehäuses 5. Bei diesem Beispiel ist das Neigungsgehäuse 5 nicht in der axialen Richtung PP der Richtstange 4 ausgebildet, sondern um das Prisma 3 herum. Das Analysemuster 41 befindet sich auf einer Ebene, die zu der axialen Richtung PP der Richtstange 4 senkrecht verläuft, und muss nicht notwendigerweise in der axialen Richtung PP der Richtstange 4 liegen, vorausgesetzt, dass das Muster 41 an einer Position vorgesehen ist, die um die zweite feste Strecke L2 in axialer Richtung PP der Richtstange 4 versetzt ist. Bei dieser Ausbildung ist das Vorsehen einer Markierung Q, die von dem Bilderfassungsabschnitt 22 aufgenommen werden kann, an der Mittelpunktposition des Analysemusters 41 in dem Gehäuse 42 erforderlich. Die Markierung Q besteht vorzugsweise aus einem Material, das einen hohen Kontrast bietet, wie beispielsweise ein Schwarzweiß-Muster.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Gehäuse 42 aus einem transluzenten Material bestehen, so dass die Markierung Q leicht abbildbar ist. Der gesamte Umfang der Markierung Q besteht vorzugsweise aus einem transluzenten Material, auf das während der Bilderfassung kaum ein Schatten projiziert wird, anstatt aus einem transparenten Material oder einem Material mit einem Loch für Tageslicht, wobei beispielsweise Acrylharz hierfür geeignet ist.
Bei dem in 13 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei welchem das Analysemuster 41 nicht in axialer Richtung PP der Richtstange 4 angeordnet ist, kann der Messpunkt X unter Verwendung des folgenden Verfahrens gemessen werden. 14 zeigt ein Flussdiagramm zur Berechnung der dreidimensionalen Position. Die 15 bis 17 ergänzen die Beschreibung des Flussdiagramms von 14, wobei 15 und 16 Beispiele für visuelle Bilder zeigen, und 17 eine Konzeptdarstellung des Berechnungsverfahrens zeigt.
Zunächst wird im Schritt S211 der Mustermittelpunkt Kc des Analysemusters 41 anhand des von dem Bilderfassungsabschnitt 22 aufgenommenen visuellen Bildes analysiert (s. 15).
Danach wird im Schritt S212 die durch das EDM 20 erhaltene dreidimensionale Position des Prismas 3 (Messwerte der Entfernung und des Winkels des Prismenmittelpunkts PC) aus dem Speicherabschnitt 18 ausgelesen.
Anschließend werden im Schritt S113 ein Wert Xc der Horizontalrichtungsabweichung und ein Wert Yc der Vertikalrichtungsabweichung zwischen den Positionen des Prismenmittelpunkts Pc und des Mustermittelpunkts Kc in dem Bild ermittelt (siehe 15) und die Positionsrichtung des Neigungsgehäuses 5 (Richtungsvektor B) wird aus den Abweichungswerten Xc und Yc ermittelt (siehe 17).
Danach wird im Schritt S214 das Bild des Markierungsmittelpunkts Km der Markierung Q anhand des von dem Bilderfassungsabschnitt 22 aufgenommenen visuellen Bildes analysiert (siehe 16).
Anschließend werden in dem Schritt S215 ein Horizontalrichtungsabweichungswert Xd und ein Vertikalrichtungsabweichungswert Yd zwischen der Position eines Markierungsmittelpunkts Km und des Mustermittelpunkts Kc in dem Bild ermittelt, und es wird ein Markierungsradius "r" von dem Mustermittelpunkt Kc zu dem Markierungsmittelpunkt Km ermittelt (siehe 16).
Danach wird im Schritt S216 der größere Radius R des Analysemusters 41 in dem Bild analysiert (siehe 16).
Anschließend werden im Schritt S217 ein Horizontalrichtungsneigungswinkel θx und ein Vertikalrichtungsneigungswinkel θy des Neigungsgehäuses 5, in Blickrichtung "e" des Vermessungsgeräts 2 gesehen, mittels der Funktion "f(r/R) = θ" ermittelt (siehe 17). Da die Position der Markierung Q im Bezug auf das Analysemuster 41 sich je nach dem Neigungswinkel der Blickrichtung in dem Neigungsgehäuse 5 ändert, kann die Veränderung des Neigungswinkels mit der Blickrichtung unter Verwendung einer Funktion in Relation zu dem Markierungsradius "r" von dem Mustermittelpunkt Kc zu dem Markierungsmittelpunkt Km gesetzt werden. Ein Beispiel für diese Funktion findet sich in JP-A-2014-102246 .
Danach wird im Schritt S218 eine Normale des Neigungsgehäuses 5, in Blickrichtung des Vermessungsgeräts 2 gesehen (Richtungsvektor A), aus dem Richtungsvektor B sowie den Neigungswinkel θx und θy ermittelt (siehe 17). Der Richtungsvektor A ist die Neigungsrichtung der Richtstange 4.
Anschließend wird im Schritt S219 die dreidimensionale Position des Messpunkts X erhalten, indem die Positionsinformationen von der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts Pc um die erste feste Strecke L1 in Richtung des Richtungsvektors A verschoben werden.
Bei diesem alternativen Beispiel ist das Analysemuster 41 des Neigungsgehäuses 5 auf der zur axialen Richtung PP der Richtstange 4 senkrechten Ebene ausgebildet, so dass der durch die Analyse des Neigungsgehäuses 5 ermittelte Richtungsvektor A mit der axialen Richtung PP der Richtstange 4 zusammenfällt. Aus diesem Grund kann der Messpunkt X durch das Verschieben der Positionsinformationen von dem Prismenvektor P am Prismenmittelpunkt Pc um die erste feste Strecke L1 in Richtung des Richtungsvektors A gemessen werden (siehe 17).
Auch bei diesem alternativen Beispiel kann, ähnlich wie bei den genannten Beispielen, die dreidimensionale Position des Messpunkts X gemessen werden, selbst wenn die Richtstange 4 geneigt ist, indem lediglich das vordere Ende der Richtstange 4 an dem Messpunkt X angeordnet wird. Es ist kein weiterer Sensor zur Messung der Neigung der Richtstange 4 erforderlich, so dass ein kostengünstiger Betrieb erreicht werden kann. Das System 1 zum Messen einer dreidimensionalen Position kann installiert werden, indem die Position, an welcher das Prisma 3 bei herkömmlichen Richtstangen angebracht ist, verändert wird und zusätzlich das Neigungsgehäuse 5 vorgesehen wird, wobei es einfach auszubilden und sehr kostengünstig ist. Die Empfindlichkeitseinstellung des Neigungswinkels kann auf einfache Weise durch das Einstellen der Länge des Gehäuses 42 (zweite feste Strecke L2) erreicht werden. Bei diesem Beispiel kann das Prisma 3 durch ein andere Prisma mit einer anderen Abmessung ersetzt werden, die nicht durch die Größe des Neigungsgehäuses 5 beeinträchtigt ist.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
(Gesamtsystem)
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel dadurch, dass das Prisma 3 kein unverzichtbares Element ist.
(Richtstange)
18 zeigt eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Richtstange 4 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Richtstange 4 weist ein stangenförmiges Stützelement 31 und ein Neigungsgehäuse 5 auf. Das vordere Ende des Stützelements 31 wird wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel an dem Messpunkt X angeordnet.
Eine Markierung T, welche von dem Bilderfassungsabschnitt 22 als Bild erfasst werden kann, ist anstelle des Prismas 3 an der ursprünglichen Position des Prismas 3 am anderen Ende des Stützelements 31 ausgebildet. Das heißt dass die Markierung T an einer Position angebracht ist, welche um die erste feste Strecke L1 gegenüber dem Messpunkt X versetzt ist. Die Markierung T kann auf jeder Art von Stützkörper ausgebildet werden, wie beispielsweise auf einer Platte 32, die senkrecht zum Stützelement 31 befestigt ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Markierung vorzugsweise aus einem Material mit einem hohen Kontrast, wie beispielsweise aus einem Schwarzweiß-Muster.
Das Neigungsgehäuse 5 ist derart ausgebildet, dass es die Markierung T aufnimmt. Das Analysemuster 41 ist durch das Gehäuse an einer Position befestigt, die in einer zur axialen Richtung PP der Richtstange 4 senkrecht verlaufenden Ebene liegt und gegenüber der Markierung T um die zweite feste Strecke L2 in der axialen Richtung PP der Richtstange 4 nach vorn versetzt. Das Gehäuse 42 kann durch die Platte 32 befestigt und gestützt sein. Das heißt, dass bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Markierung T als ein Ziel kollimiert wird und die dreidimensionale Position des Messpunkts X durch Messen der Entfernung zur Markierung T unter Verwendung einer prismenlosen Messung gemessen wird.
(Vermessungsgerät)
19 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung einer inneren Konfiguration eines Vermessungsgeräts 2' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Das vorliegende Ausführungsbeispiel kann nicht nur durch Verwenden des in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel verwendeten Vermessungsgeräts 2 implementiert werden, sondern auch durch verwenden des im Folgenden beschriebenen Vermessungsgeräts 2', vorausgesetzt, dass die Bilderfassungsabschnitte 22 eine hohe Empfindlichkeit aufweisen. Das EDM 20, der Prismenbilderfassungsabschnitt 21 und der Abtastabschnitt 24, die zum Kollimieren (Suchen) des Prismas 3 vorgesehen sind, sind bei dem Vermessungsgerät 2' in 19 nicht unverzichtbar, und es ist ein prismenloser Entfernungsmessabschnitt 22' erforderlich, der die Entfernung zu einem von einem Prisma verschiedenen Ziel misst, indem er Entfernungsmessstrahlung, wie beispielsweise Laserstrahlung mit dünnen Strahlen, ausgibt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Ziel die Markierung T und die Kollimation (Suche) der Markierung T erfolgt gemäß einer bekannten Bildverarbeitung, wie beispielsweise einem Mustervergleich, durch die Bilderfassung im Bilderfassungsabschnitt 22.
(Messverfahren)
Im Folgenden wird ein Überglick über die Messung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. 20 zeigt Flussdiagramme der Messung in dem System zum Messen der dreidimensionalen Position nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei 20(a) das grundlegende Flussdiagramm zeigt und 20(b) das Flussdiagramm bei automatischer Suche darstellt. Zunächst wird im Schritt S31 das Neigungsgehäuse 5 durch den Bilderfassungsabschnitt 22 aufgenommen. Danach wird im Schritt S32 das Bild der Markierung T anhand des durch den Bilderfassungsabschnitt 22 aufgenommenen Bildes analysiert, und es wird festgestellt, ob das Ziel automatisch kollimiert wurde oder nicht. Wenn die Kollimation nicht abgeschlossen ist, kehrt der Ablauf zum Schritt S31 zurück. Wenn andererseits die Kollimation abgeschlossen ist, geht der Ablauf zum Schritt S33 über und die Entfernung sowie der Winkel der Markierungen werden gemessen, um die dreidimensionale Position der Markierung T zu messen. Danach geht der Ablauf zum Schritt S34 über, um die dreidimensionale Position des Messpunkts X zu berechnen. Danach geht der Ablauf zum Schritt S35 über, um den Messpunkt X auf dem Anzeigeabschnitt 23 anzuzeigen, und wird beendet. Bei einer automatischen Suche, wie in 20(b) dargestellt, wird das Neigungsgehäuse 5 im Schritt S41 mittels des Bilderfassungsabschnitts 22 aufgenommen. Danach wird im Schritt S42 festgestellt, ob die als Ziel dienende Markierung T erfasst (automatisch kollimiert) wurde oder nicht. Wurde sie erfasst, werden die Entfernung und der Winkel der Markierung T gemessen, nachdem der Ablauf zum Schritt S43 übergegangen ist. Die weiteren Schritte S44 bis S47 sind gleich den Schritten S25 bis S28.
(Verfahren zum Berechnen der dreidimensionalen Position)
Das Verfahren zum Messen der dreidimensionalen Position des Messpunkts X im Schritt S34 oder im Schritt S44 gemäß 20 kann ähnlich dem "Verfahren zum Messen der dreidimensionalen Position" nach dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel durchgeführt werden, indem "das Prisma 3" durch "die Markierung T" und der "Prismenmittelpunkt Pc" durch den "Markierungsmittelpunkt Tc der Markierung T" ersetzt wird (siehe das Flussdiagramm in 7).
(Effekte)
Wie beschrieben kann bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die dreidimensionale Position des Messpunkts X ohne das Prisma 3 ähnlich gemessen werden, wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, indem der bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel verwendete Vorgang des Messens der Entfernung des Prismas mittels des Kollimierens (Suchens) des Prismas 3 durch den Vorgang des prismenlosen Messens mittels des Kollimierens (Suchens) der Markierung T des Neigungsgehäuses 5 ersetzt wird.
(Alternative Beispiele)
Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann das Analysemuster 41 wie in 10 gezeigt geformt sein. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Barcode, beispielsweise ein QR-Code (eingetragenes Warenzeichen), dessen Farbe von derjenigen der Markierung Q des Neigungsgehäuses 5 verschieden ist, in geeigneter Weise angebracht, um die Kollimation der Markierung T in geeigneter Weise durchzuführen. Das Analysemuster 41 kann an einer Position angebracht sein, die sich, wie in 11 dargestellt, auf einer senkrecht zur axialen Richtung PP der Richtstange 4 befindet und um die zweite feste Strecke L2 in dieser Richtung nach hinten gegenüber der Markierung T versetzt ist. Die Beleuchtungsvorrichtung 8 kann auf der Rückseite des Neigungsgehäuses 5 angeordnet sein, wie in 12 dargestellt. Die Position des Neigungsgehäuses 5 kann, wie in 13 dargestellt, in eine um die Markierung T herum befindliche Position versetzt sein. Auch in diesem Fall ist ein Barcode, beispielsweise ein QR-Code (eingetragenes Warenzeichen), dessen Farbe von derjenigen der Markierung Q des Neigungsgehäuses 5 verschieden ist, in geeigneter Weise angebracht, um die Kollimation der Markierung T zu vereinfachen.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
(Gesamtsystem)
Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen dadurch, dass die Stange (das Stützelement 31) kein unverzichtbares Element ist. 21 zeigt eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung der Konfiguration des dritten Ausführungsbeispiels. Das Vermessungsgerät 2 kann das gleiche wie in 2 sein, und das Prisma 3 wird in geeigneter Weise im Prismenbilderfassungsabschnitt 21 abgebildet. Das dritte Ausführungsbeispiel weist kein Stützelement 31, jedoch das Prisma 3 und ein Neigungsgehäuse 5 auf.
(Effekte)
Die dreidimensionale Position des Messpunkts X kann selbst ohne das Stützelement 31 ähnlich wie in dem Flussdiagramm von 7 gemessen werden, indem das Prisma 3 (Prismenmittelpunkt Pc) an der Position platziert wird, welche gegenüber dem Messpunkt X um die erste feste Strecke L1 versetzt ist, und das Analysemuster 41 des Neigungsgehäuses 5 auf einer Ebene angeordnet wird, die senkrecht zu der Linie zwischen dem Messpunkt X und dem Prismenmittelpunkt Pc verläuft, so dass das Muster an einer Position angeordnet ist, die gegenüber dem Prismenmittelpunkt Pc um die zweite feste Strecke L2 in der gleichen Richtung wie die erste feste Strecke L1 versetzt ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist für eine Vorrichtung, bei welcher ein Sensor 61 in einem Gehäuse 60 angeordnet ist, geeignet, wenn das Prisma aufgrund des Gehäuses 60 nicht nahe dem Sensor 61 angeordnet werden kann. Die erste feste Strecke L1 kann mittels eines mechanischen Auszugs der Vorrichtung bestimmt werden. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel kann die dreidimensionale Position des Messpunkts X selbst dann gemessen werden, wenn eine Konfiguration verwendet wird, bei welcher die Entfernung zur Markierung T durch eine prismenlose Messung, anstatt durch Verwendung des Prismas 3 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gemessen wird.
Gemäß einer weiteren Alternative, die von den genannten Ausführungsbeispielen und den alternativen Beispielen verschieden ist, kann das Vermessungsgerät 2, um zu verhindern, dass das Prisma 3 und das Analysemuster 41 im Blickfeld des Bilderfassungsabschnitts 22 bei einer Messung auf kurze Distanz nicht sichtbar sind, mit einem zweiten Bilderfassungsabschnitt 25 mit einem weiteren Blickfeld versehen sein. Ein Markierungsstift am vorderen Ende des Stützelements 31 der Richtstange 4 kann eine Messmarkierung an einer Arbeitsstelle zum Zeitpunkt der Arbeitsdurchführung anbringen. Informationen wie die aus dem Berechnungssteuerabschnitt 17 gelesene Geschwindigkeit können ermittelt werden, da die Daten der Messmarkierung (Messpunkt X) in Echtzeit aufgezeichnet werden. Die Länge der Richtstange 4 kann frei bemessen sein, vorausgesetzt, dass die erste feste Strecke L1 und die zweite feste Strecke L2 genau bestimmt werden können und die Position bestimmt ist.
Zwar wurden vorangehend Ausführungsbeispiele und alternative Beispiele für das System zum Messen einer dreidimensionalen Position gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, jedoch handelt es sich dabei lediglich m Beispiele für die vorliegende Erfindung und die jeweiligen Ausführungsbeispiele und alternativen Beispiele können auf der Grundlage der Kenntnisse eines Fachmanns auf diesem Gebiet kombiniert werden Die kombinierten Ausführungsbeispiele fallen unter den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
Bezugszeichenliste

1: System zum Messen einer dreidimensionalen Position
2: Vermessungsgerät
3: Prisma
4: Richtstange
5: Neigungsgehäuse
11: Horizontalwinkeldetektor (Winkelmessabschnitt)
12: Vertikalwinkeldetektor (Winkelmessabschnitt)
17: Berechnungssteuerabschnitt
20: EDM (Entfernungsmesssystem)
21: Prismenbilderfassungsabschnitt
22: Bilderfassungsabschnitt
41: Analysemuster
44: Musterbreite
Kc: Mustermittelpunkt
Pc: Prismenmittelpunkt
L1: erste feste Strecke
L2: zweite feste Strecke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 3735422 B [0005]
JP 2010-223754 A [0005]
JP 2014-102246 A [0087]

Claims

System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts, wobei das System aufweist: eine auf dem Messpunkt positionierte Richtstange, ein Prisma, das an einer um eine bekannte erste feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf den Messpunkt versetzten Position angebracht ist, ein Neigungsgehäuse zum Befestigen eines Analysemusters, das an einer Position angeordnet ist, welche um eine zweite bekannte feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf das Prisma versetzt ist und sich auf einer Ebene befindet, die senkrecht zur axialen Richtung der Richtstange verläuft, und ein Vermessungsgerät, das einen Abschnitt zum Messen der Entfernung zu dem Prisma, einen Abschnitt zum Messen eines Winkels, und einen Bilderfassungsabschnitt aufweist, wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts anhand einer in den Entfernungs- und Winkelmessabschnitten erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas, einer aus einem von dem Bilderfassungsabschnitt erfassten Bild des Neigungsgehäuses erhaltenen Neigungsrichtung der Richtstange und der ersten festen Strecke gemessen wird.
System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts, wobei das System aufweist: eine auf dem Messpunkt positionierte Richtstange, ein Prisma, das an einer um eine bekannte erste feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf den Messpunkt versetzten Position angebracht ist, ein Neigungsgehäuse zum Befestigen eines Analysemusters, das an einer Position angeordnet ist, welche um eine bekannte zweite feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf das Prisma versetzt ist und sich auf einer Ebene befindet, die senkrecht zur axialen Richtung der Richtstange verläuft, und ein Vermessungsgerät, das einen Abschnitt zum Messen der Entfernung zu dem Prisma, einen Abschnitt zum Messen eines Winkels, und einen Bilderfassungsabschnitt zum Aufnehmen einer Umgebungsszene und einen Prismenbilderfassungsabschnitt zum Aufnehmen des Prismas aufweist, wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts anhand einer in den Entfernungs- und Winkelmessabschnitten nach dem zum Kollimieren des Prismas erfolgten Abbilden des Prismas mittels des Prismenbilderfassungsabschnitts erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas, einer aus einem von dem Bilderfassungsabschnitt erfassten Bild des Neigungsgehäuses erhaltenen Neigungsrichtung der Richtstange und der ersten festen Strecke gemessen wird.
System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts nach Anspruch 1 oder 2, wobei das System aufweist: das Erhalten einer dreidimensionalen Position eines Prismenmittelpunkts des Primas in den Entfernungs- und Winkelmessabschnitten, das Berechnen eines Mustermittelpunkts des Analysemusters durch Analysieren des Bildes, das durch Abbilden des Neigungsgehäuses erhalten wurde, das Berechnen einer Positionsrichtung des Neigungsgehäuses in Bezug auf den Mustermittelpunkt und den Prismenmittelpunkt in dem Bild, das Berechnen der dreidimensionalen Position des Mustermittelpunkts, zu welcher eine Entfernung von der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts in Bezug auf die Positionsrichtung des Neigungsgehäuses die zweite feste Strecke, und das Messen der dreidimensionalen Position des Messpunkts durch Verschieben von Positionsinformationen von der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts um die erste feste Strecke in eine Richtung entlang einer Linie zwischen der dreidimensionalen Position des Mustermittelpunkts und der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts.
Richtstange zur Verwendung in dem System zum Messen der dreidimensionalen Position des Messpunkts nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Prisma an einer Position befestigt ist, welche um die bekannte erste feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf den Messpunkt versetzt ist, wobei an dem Neigungsgehäuse das Analysemuster befestigt ist, das sich an einer Position befindet, welche um die bekannte zweite feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf das Prisma versetzt ist und sich auf der senkrecht zur axialen Richtung der Richtstange verlaufenden Ebene befindet.
Verfahren zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts durch Verwenden einer auf dem Messpunkt positionierten Richtstange, eines Prismas, das mittels einer auf dem Messpunkt positionierten Richtstange beabstandet ist, eines Prismas, das an einer um eine bekannte erste feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf den Messpunkt versetzten Position angebracht ist, eines Neigungsgehäuses zum Befestigen eines Analysemusters, das an einer Position angeordnet ist, welche um eine bekannte zweite feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf das Prisma versetzt ist und sich auf einer Ebene befindet, die senkrecht zur axialen Richtung der Richtstange verläuft, und eines Vermessungsgeräts, das einen Abschnitt zum Messen der Entfernung zu dem Prisma, einen Abschnitt zum Messen eines Winkels, und einen Bilderfassungsabschnitt aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erhalten einer dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts des Primas in den Entfernungs- und Winkelmessabschnitten, Berechnen eines Mustermittelpunkts des Analysemusters durch Analysieren eines Bildes, das durch Abbilden des Neigungsgehäuses erhalten wurde, Berechnen einer Positionsrichtung des Neigungsgehäuses in Bezug auf den Mustermittelpunkt und den Prismenmittelpunkt in dem Bild, Berechnen der dreidimensionalen Position des Mustermittelpunkts, welcher von der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts um die zweite feste Strecke in Bezug auf die Positionsrichtung des Neigungsgehäuses versetzt ist, und Messen der dreidimensionalen Position des Messpunkts durch Bewegen von Positionsinformationen von der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts um die erste feste Strecke in eine Richtung entlang einer Linie zwischen der dreidimensionalen Position des Mustermittelpunkts und der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts.
System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts, wobei das System aufweist: eine auf dem Messpunkt positionierte Richtstange, ein Ziel, das an einer um eine bekannte erste feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange von dem Messpunkt versetzten Position angebracht ist, ein Neigungsgehäuse zum Befestigen eines Analysemusters, das an einer Position angeordnet ist, welche um eine bekannte zweite feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf das Ziel versetzt ist und sich auf einer Ebene befindet, die senkrecht zur axialen Richtung der Richtstange verläuft, und ein Vermessungsgerät, das einen Abschnitt zum Messen der Entfernung zu dem Ziel, einen Abschnitt zum Messen eines Winkels, und einen Bilderfassungsabschnitt, wobei ein Neigungsgehäuse zum Befestigen eines Analysemusters, das an einer Position angeordnet ist, welche um eine bekannte zweite feste Strecke in axialer Richtung der Richtstange in Bezug auf das Ziel versetzt ist und sich auf einer Ebene befindet, die senkrecht zur axialen Richtung der Richtstange verläuft, eine dreidimensionale Position des Zielmittelpunkts in den Entfernungs- und Winkelmessabschnitten erhalten wird, eine Positionsrichtung des Neigungsgehäuses aus dem Mustermittelpunkt und dem Zielmittelpunkt in dem Bild berechnet wird, eine dreidimensionale Position des Mustermittelpunkts berechnet wird, welche in Bezug auf die dreidimensionale Position des Zielmittelpunkts um die zweite feste Strecke in Positionsrichtung des Neigungsgehäuses versetzt ist, und die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem die Positionsinformationen von der dreidimensionalen Position des Zielmittelpunkts um die erste feste Strecke in eine Richtung entlang einer Linie zwischen der dreidimensionalen Position des Mustermittelpunkts und der dreidimensionalen Position des Zielmittelpunkts bewegt werden.
System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts, wobei das System aufweist: ein Prisma, das an einer um eine bekannte erste feste Strecke in Bezug auf den Messpunkt versetzten Position angebracht ist, ein Neigungsgehäuse zum Befestigen eines Analysemusters, das an einer Position angeordnet ist, welche um eine bekannte zweite feste Strecke in Bezug auf das Prisma in derselben Richtung wie die erste feste Strecke versetzt ist und sich auf einer Ebene befindet, die senkrecht zu einer Linie zwischen dem Messpunkt und einem Prismenmittelpunkt des Prismas verläuft, und ein Vermessungsgerät, das einen Abschnitt zum Messen der Entfernung zu dem Prisma, einen Abschnitt zum Messen eines Winkels, und einen Bilderfassungsabschnitt aufweist, wobei die dreidimensionale Position des Prismenmittelpunkts in dem Entfernungmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt erhalten wird, ein Mustermittelpunkt des Analysemusters durch Analysieren eines Bildes berechnet wird, welches durch Abbilden des Neigungsgehäuses erhalten wird, eine Positionsrichtung des Neigungsgehäuses aus dem Mustermittelpunkt und dem Prismenmittelpunkt in dem Bild berechnet wird, eine dreidimensionale Position des Mustermittelpunkts berechnet wird, welche in Bezug auf die dreidimensionale Position des Prismenmittelpunkts um die zweite feste Strecke in der Positionsrichtung des Neigungsgehäuses versetzt ist, und die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts in eine Richtung entlang einer Linie zwischen der dreidimensionalen Position des Mustermittelpunkts und der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts bewegt werden.