DE102016200967A1

DE102016200967A1 - System zum Messen einer dreidimensionalen Position

Info

Publication number: DE102016200967A1
Application number: DE102016200967.2A
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Nishita; Kaoru Kumagai
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2016-07-28
Also published as: CN105823470A; CN105823470B

Abstract

Es ist ein System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts vorgesehen, das selbst bei geneigter Richtstange durch Anordnen des oberen Endes der Richtstange an dem Messpunkt durchführbar ist. Das System weist ein Vermessungsgerät 2 mit einem Bilderfassungsabschnitt 22, einem Abschnitt 20 zum Messen der Entfernung von einem Ziel 3, und einem Winkelmessabschnitt 11, 12, eine Richtstange 4, die auf dem Messpunkt X angeordnet ist und an einer von dem Messpunkt X um eine bekannte feste Strecke L versetzten Position das feste Prisma 3 aufweist, und eine mit einer Markierung 43 versehene Neigungsfolie 5, welche die Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf die Blickrichtung ermöglicht. Die dreidimensionale Position des Messpunkts X wird gemessen, indem die Neigungsfolie 5 an der Richtstange 4 angebracht wird, eine Markierungsfläche 41 im Bilderfassungsabschnitt 22 erfasst wird, der Neigungswinkel θx, θy der Neigungsfolie 5 in Beug auf die Blickrichtung des Vermessungsgeräts 2 durch eine Bildanalyse der Markierungsfläche 41 berechnet wird, und die dreidimensionale Position des Messpunkts X anhand der dreidimensionalen Position des Prismas 3, des Neigungswinkels der Neigungsfolie 5 und der festen Strecke L gemessen wird.

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, welcher 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 1 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. Die 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: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem als Ziel dienenden Prisma, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt, eine Richtstange, die auf dem Messpunkt positioniert wird und das Prisma an einer Position aufweist, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, und eine mit einer Markierung versehene Neigungsfolie zur Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung, wobei die Neigungsfolie an der Richtstange angebracht ist, eine die Markierung aufweisende Markierungsfläche in dem Bilderfassungsabschnitt erfasst wird, und der Neigungswinkel der Neigungsfolie in Bezug auf die Blickrichtung des Vermessungsgeräts durch eine Bildanalyse der Markierungsfläche berechnet wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts anhand einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas, des Neigungswinkels der Neigungsfolie und der festen Strecke gemessen wird.
Ein System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts nach einem bestimmten Ausführungsbeispiel weist auf: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem als Ziel dienenden Prisma, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt zum Abbilden einer Umgebungsszene des Prismas, und einem Prismenbilderfassungsabschnitt zum Abbilden des Prismas, eine Richtstange, die auf dem Messpunkt positioniert wird und das Prisma an einer Position aufweist, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, und eine mit einer Markierung versehene Neigungsfolie zur Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung, wobei die Neigungsfolie an der Richtstange angebracht ist, eine die Markierung aufweisende Markierungsfläche in dem Bilderfassungsabschnitt erfasst wird, und der Neigungswinkel der Neigungsfolie in Bezug auf die Blickrichtung des Vermessungsgeräts durch eine Bildanalyse der Markierungsfläche berechnet wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts anhand einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt nach dem zum Kollimieren des Prismas erfolgten Abbilden des Prismas mit dem Prismenbilderfassungsabschnitt erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas, des Neigungswinkels der Neigungsfolie und der festen Strecke gemessen wird.
Ein System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts nach einem anderen Ausführungsbeispiel weist auf: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem als Ziel dienenden Prisma, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt, eine Richtstange, die auf dem Messpunkt positioniert wird und das Prisma an einer Position aufweist, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, und eine mit einer Markierung versehene Neigungsfolie zur Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung, wobei die Neigungsfolie an der Richtstange angebracht ist, wobei eine die Markierung aufweisende Markierungsfläche der Neigungsfolie auf einer zur axialen Richtung der Richtstange senkrechten Fläche ausgebildet ist, wobei die Markierungsfläche in dem Bilderfassungsabschnitt erfasst wird, und der Neigungswinkel der Neigungsfolie in Bezug auf die Blickrichtung des Vermessungsgeräts durch eine Bildanalyse der Markierungsfläche berechnet wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas um die feste Strecke in eine aus dem Neigungswinkel der Neigungsfolie ermittelten Normalenrichtung der Markierungsfläche verschoben werden.
Ein System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist auf: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem als Ziel dienenden Prisma, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt, eine Richtstange, die auf dem Messpunkt positioniert wird und das Prisma an einer Position aufweist, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, und eine mit einer Markierung versehene Neigungsfolie zur Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung, wobei der Folienmittelpunkt der Neigungsfolie auf einer Linie zwischen dem Messpunkt und einem Prismenmittelpunkt des Prismas gebildet ist, wobei eine erste Fläche, welche den Folienmittelpunkt, den Prismenmittelpunkt und die Blickrichtung des Vermessungsgeräts aufweist, erhalten wird, nachdem die die Markierung aufweisende Markierungsfläche in dem Bilderfassungsabschnitt erfasst und einer Bildanalyse unterzogen wurde, um den Folienmittelpunkt zu erhalten, wobei eine zweite Fläche mit einer Normalen berechnet wird, welche eine in Blickrichtung des Vermessungsgeräts gesehene Normale der Neigungsfolie ist, und wobei eine Schnittlinie zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche erhalten wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas um die feste Strecke in eine Richtung entlang der Schnittlinie verschoben werden.
Ein System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist auf: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem als Ziel dienenden Prisma, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt, eine Richtstange, die auf dem Messpunkt positioniert wird und das Prisma an einer Position aufweist, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, und eine mit einer Markierung versehene Neigungsfolie zur Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung, wobei mindestens zwei Markierungsflächen, welche die Markierung der Neigungsfolie aufweisen und um einen bestimmten Punkt zentriert sind, senkrecht zueinander auf einer zu der axialen Richtung der Richtstange senkrechten Fläche ausgebildet sind, wobei die Markierungsfläche im Bilderfassungsabschnitt erfasst wird, und wobei der Neigungswinkel der Neigungsfolie in Bezug auf die Blickrichtung des Vermessungsgeräts durch eine Bildanalyse der Markierungsfläche berechnet wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas um die feste Strecke in eine Normalenrichtung der Markierungsfläche, welche anhand des Neigungswinkels der Neigungsfolie erhalten wird, verschoben werden.
Ein System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist auf: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem Ziel, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt, und eine Richtstange, die auf dem Messpunkt positioniert wird und an einer Position, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, eine feste Neigungsfolie mit einer Markierung aufweist, welche die Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung ermöglicht, wobei die Markierungsfläche der Neigungsfolie, welche die Markierung aufweist, auf einer Fläche gebildet ist, welche senkrecht zu einer axialen Richtung der Richtstange verläuft, wobei die Markierungsfläche in dem Bilderfassungsabschnitt erfasst wird, und der der Neigungswinkel der Neigungsfolie in Bezug auf die Blickrichtung des Vermessungsgeräts durch eine Bildanalyse der Markierungsfläche berechnet wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt unter Verwendung der Neigungsfolie als Ziel erhaltenen dreidimensionalen Position des Folienmittelpunkts der Neigungsfolie um die feste Strecke in eine Normalenrichtung der Markierungsfläche, welche anhand des Neigungswinkels der Neigungsfolie erhalten wird, verschoben werden.
Ein System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist auf: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem Ziel, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt, und eine Richtstange, die auf dem Messpunkt positioniert wird und an einer Position, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, eine feste Neigungsfolie mit einer Markierung aufweist, welche die Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung ermöglicht, wobei eine zweite Markierung, welche eine Mustererkennung ermöglicht, an einer anderen Position als eine die Markierung der Neigungsfolie aufweisende Markierungsfläche ausgebildet ist, derart, dass der Messpunkt, ein Folienmittelpunkt der Neigungsfolie und ein Markierungsmittelpunkt auf der selben einzelnen Linie ausgebildet sind, wobei der Folienmittelpunkt und der Markierungsmittelpunkt der zweiten Markierung durch das Erfassen und die Bildanalyse der Markierungsfläche und der zweiten Markierung im Bilderfassungsabschnitt erhalten werden, und wobei eine erste Fläche berechnet wird, welche den Folienmittelpunkt und den Markierungsmittelpunkt der zweiten Markierung und die Blickrichtung des Vermessungsgeräts aufweist, wobei eine zweite Fläche mit einer Normalen berechnet wird, welche eine in Blickrichtung des Vermessungsgeräts gesehene Normale der Neigungsfolie ist, und wobei eine Schnittlinie zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche erhalten wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt unter Verwendung der Neigungsfolie als Ziel erhaltenen dreidimensionalen Position des Folienmittelpunkts der Neigungsfolie um die feste Strecke in Richtung der Schnittlinie verschoben werden.
Ein System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist auf: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem als Ziel dienenden Prisma, das an einer Position angebracht ist, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt, und eine mit einer Markierung versehene Neigungsfolie zur Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung, wobei eine die Markierung aufweisende Markierungsfläche der Neigungsfolie auf einer Fläche ausgebildet ist, die senkrecht zu einer Linie zwischen dem Messpunkt und einem Prismenmittelpunkt des Prismas verläuft, wobei die Markierungsfläche in dem Bilderfassungsabschnitt erfasst wird, und wobei der Neigungswinkel der Neigungsfolie in Bezug auf die Blickrichtung des Vermessungsgeräts durch eine Bildanalyse der Markierungsfläche berechnet wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas um die feste Strecke in eine Normalenrichtung der Markierungsfläche, welche anhand des Neigungswinkels der Neigungsfolie erhalten wird, verschoben werden.
Ein System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist auf: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem als Ziel dienenden Prisma, das an einer Position angebracht ist, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt, und eine mit einer Markierung versehene Neigungsfolie zur Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung, wobei ein Folienmittelpunkt der Neigungsfolie auf einer Linie zwischen dem Messpunkt und einem Prismenmittelpunkt des Prismas ausgebildet ist, wobei eine erste Fläche mit einer Normalen, die senkrecht zur Blickrichtung des Vermessungsgeräts verläuft, berechnet wird, indem die die Markierung aufweisende Markierungsfläche in dem Bilderfassungsabschnitt für eine Bildanalyse der Markierungsfläche erfasst wird, wobei eine zweite Fläche berechnet wird, die eine Normale aufweist, welche eine in Blickrichtung des Vermessungsgeräts gesehene Normale der Neigungsfolie ist, und wobei eine Schnittlinie zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche erhalten wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas um die feste Strecke in eine Richtung entlang der Schnittlinie verschoben 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 ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[2] ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer inneren Konfiguration eines Vermessungsgeräts.
[3] ist eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Richtstange gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
[4] ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Messzustands unter Verwendung der Richtstange.
[5] zeigt Darstellungen einer Konfiguration einer Neigungsfolie, wobei 5(a) eine Draufsicht auf die Neigungsfolie zeigt, 5(b) eine teilweise geschnittene Darstellung der Neigungsfolie zeigt, 5(c) eine teilweise Draufsicht auf eine plankonvexe Linsenfolie zeigt, und 5(d) eine teilweise Draufsicht auf eine Bilderzeugungsschicht zeigt.
[6] zeigt Messungs-Flussdiagramme des Systems zum Messen der dreidimensionalen Position, wobei 6(a) ein grundlegendes Flussdiagramm zeigt und 6(b) ein Flussdiagramm bei automatischer Suche darstellt.
[7] ist ein Flussdiagramm zur Berechnung der dreidimensionalen Position gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
[8] ist ein Beispiel für ein visuelles Bild.
[9] ist ein Beispiel für ein visuelles Bild.
[10] ist eine Konzeptdarstellung des Messverfahrens nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
[11] ist ein alternatives Beispiel für das erste Ausführungsbeispiel.
[12] ist ein alternatives Beispiel für das erste Ausführungsbeispiel.
[13] ist ein alternatives Beispiel für das erste Ausführungsbeispiel.
[14] ist eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Richtstange gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
[15] zeigt ein Flussdiagramm zur Berechnung einer dreidimensionalen Position nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
[16] ist eine Konzeptdarstellung des Messverfahrens nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
[17] ist ein alternatives Beispiel für das zweite Ausführungsbeispiel.
[18] ist ein alternatives Beispiel für das zweite Ausführungsbeispiel.
[19] zeigt eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Richtstange gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
[20] zeigt eine Draufsicht auf die Richtstange in 19.
[21] zeigt Darstellungen einer Konfiguration einer uniaxialen Neigungsfolie nach dem dritten Ausführungsbeispiel, wobei 21(a) eine Draufsicht auf die uniaxiale Neigungsfolie zeigt, 21(b) eine teilweise geschnittene Darstellung der uniaxialen Neigungsfolie zeigt, und 21(c) eine teilweise Draufsicht auf eine Bilderzeugungsschicht zeigt.
[22] zeigt ein Flussdiagramm für das Berechnen einer dreidimensionalen Position nach dem dritten Ausführungsbeispiel.
[23] zeigt eine Konzeptdarstellung eines Messverfahrens nach dem dritten Ausführungsbeispiel.
[24] ist ein alternatives Beispiel für das dritte Ausführungsbeispiel.
[25] ist ein alternatives Beispiel für das dritte Ausführungsbeispiel.
[26] ist ein alternatives Beispiel für das dritte Ausführungsbeispiel.
[27] ist eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Richtstange gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
[28] zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung einer inneren Konfiguration eines Vermessungsgeräts nach einem vierten Ausführungsbeispiel.
[29] zeigt Messungs-Flussdiagramme des Systems zum Messen der dreidimensionalen Position nach dem vierten Ausführungsbeispiel, wobei 29(a) ein grundlegendes Flussdiagramm zeigt und 29(b) ein Flussdiagramm bei automatischer Suche darstellt.
[30] ist ein Flussdiagramm zur Berechnung der dreidimensionalen Position gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
[31] zeigt eine Konzeptdarstellung eines Messverfahrens nach dem vierten Ausführungsbeispiel.
[32] ist eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Richtstange gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
[33] ist ein Flussdiagramm zur Berechnung der dreidimensionalen Position gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel.
[34] zeigt eine Konzeptdarstellung eines Messverfahrens nach dem fünften Ausführungsbeispiel.
[35] ist eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.
[36] ist eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel.
Ausführungsbeispiele zur Durchführung der Erfindung
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
(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 und eine Richtstange 4 mit einem Prisma 3 und eine Neigungsfolie 5 auf. Die Richtstange 5 wird mit an einem Messpunkt X angeordnetem vorderem Ende verwendet. 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 (elektrooptisches Distanzmessinstrument) 20 ist ein Abschnitt zum Messen der Entfernung zu dem Prisma 3 durch Kollimieren des Prismas 3 für das Ausgeben von Entfernungsmesslicht, wie beispielsweise einen Infrarotlaser. Der Abtastabschnitt 24 sucht das Prisma 3 durch Abtasten, indem er ein Abtastlicht wie einen Infrarotlaser 2 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, 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 nimmt ein Bild mit einem 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, die Neigungsfolie 5 und eine Platte 32 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. Die Platte 32 ist an dem anderen Ende des Stützelements 31 angebracht. Die Platte 32 ist ein Beispiel und ein arbiträres Element und kann durch jedes andere Element ersetzt werden, mit dem das Prisma 3 und die Neigungsfolie 5 an dem Stützelement 31 auf die im Folgenden noch beschrieben Art befestigt werden können. Die Platte 32 hat vorzugsweise geringen Einfluss hinsichtlich der Bilderfassung der Neigungsfolie 5 und kann aus einem Rohmaterial mit einer geringen Reflexionsrate oder einem Material mit hoher Steifigkeit bestehen.
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) auf der Vorderseite der Platte 32 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 ”feste Strecke L” 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.
Die Neigungsfolie 5 ist auf der Vorderseite der Platte 32 an einer Position angebracht, die von dem Prisma 3 um eine arbiträre Entfernung versetzt ist. Das Prisma 3 und die Neigungsfolie 5 können durch ein geeignetes Befestigungsmittel, wie Kleben, Schrauben, konkav-konvexer Eingriff und Schweißen, befestigt werden.
(Neigungsfolie)
5 zeigt die Konfiguration der Neigungsfolie 5, wobei 5(a) eine Draufsicht auf die Neigungsfolie 5 zeigt, 5(b) eine teilweise geschnittene Darstellung der Neigungsfolie 5 zeigt (eine Schnittansicht entlang der Linie b-b der 5(b)), 5(c) eine teilweise Draufsicht auf eine plankonvexe Linsenfolie 44 zeigt, und 5(d) eine teilweise Draufsicht auf eine Bilderzeugungsschicht 45 zeigt. In 5(a) ist die AußenAußenkontur 42 weiß ausgefüllt.
Wie in 5(a) dargestellt weist die Neigungsfolie 5 eine Markierungsfläche 41, auf welcher eine Markierung 43 für die Analyse erscheint, und die Außenkontur 42 der Markierungsfläche 41 auf. Wie in 5(b) dargestellt weist die Neigungsfolie 5 die plankonvexe Linsenfolie 44, die Bilderzeugungsschicht 45 und ein Bilderzeugungsmedium 46 auf. Wie in 5(c) dargestellt ist die plankonvexe Linsenfolie 44 durch mehrere plankonvexe Linsen 44a gebildet, die in einer Wabenanordnung oder einer quadratischen Anordnung angeordnet sind. Wie in 5(d) dargestellt sind Bildmarkierungen 43a mittels Tintendruck auf der Bilderzeugungsschicht 45 nahezu in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit den plankonvexen Linsen 44a ausgebildet. Die Bilderzeugungsschicht 45 und das Bilderzeugungsmedium 46 sind durchscheinend und durch Kleben auf eine Fläche der plankonvexen Linsenfolie 44 aufgebracht, wobei die Transluzenz gewahrt bleibt.
Zwar ist die Außenkontur 42 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein präziser Kreis, jedoch kann die Außenkontur 42 eine beliebige Form aufweisen, vorausgesetzt, dass ein Mittelpunkt Kc der Markierungsfolie (Mittelpunkt der Markierungsfläche 41) der Neigungsfolie 5 durch eine Bildanalyse ermittelt werden kann. Die Bildmarkierung 43a kann ebenfalls eine beliebige Form aufweisen, vorausgesetzt, dass ein Markierungsmittelpunkt Km durch die Bildanalyse ermittelt werden kann.
Wenn die Neigungsfolie 5 von der Markierungsfläche 41 aus betrachtet wird, ist zu erkennen, dass sich ein virtuelles Bild der Bildmarkierung 43a (d. h. der Markierung 43 in 5(a)) in Abhängigkeit von einer Bewegung der Blickrichtung entlang der selben Richtung bewegt, wie die sich bewegende Blickrichtung, oder dass es sich in der zu der sich bewegenden Blickrichtung entgegengesetzten Richtung bewegt. Während die Bewegungsrichtung der Markierung 43 durch den Größenunterschied zwischen dem Linsenabstand und der Bildmarkierung bestimmt ist, kommt der Tatsache, ob der Linsenabstand oder die Bildmarkierung größer ist, keine Bedeutung zu, da es ausreicht, dass sich die Markierung 43 regelmäßig in Abhängigkeit von der sich bewegenden Blickrichtung bewegt.
Die Position der Markierung 43 in Bezug auf die Außenkontur 42 verändert sich in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel mit der Blickrichtung in der Neigungsfolie 5, so dass die Änderung des Neigungswinkels mit der Blickrichtung unter Verwendung einer Funktion in Bezug zu einem Markierungsradius ”r” von dem Folienmittelpunkt Kc zu dem Markierungsmittelpunkt Km gesetzt werden kann. Daher kann der Neigungswinkel der Neigungsfolie 5 in Bezug auf die Blickrichtung analysiert werden, indem die Markierungsfläche erfasst und anschließend eine Bildanalyse durchgeführt wird. Ein Beispiel für die Funktion ist in JP-A-2614-102246 angegeben.
Wie zuvor beschrieben ist die Neigungsfolie 5 derart befestigt, dass die Markierungsfläche 41 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der zu der Axialrichtung PP der Richtstange 4 senkrechten Fläche angeordnet ist. Auf diese Weise kann die dreidimensionale Position der Messposition X unter Verwendung des folgenden Verfahrens 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 die 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 auf der Basis der dreidimensionalen Position des Prismas 3, des Neigungswinkels der Neigungsfolie 5 und der festen Strecke L des Prismas 3 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 (automatisch 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 ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm zur Berechnung der dreidimensionalen Position. Die 8 bis 10 sind Zeichnungen zur Ergänzung der Beschreibung des Flussdiagramms von 7. 8 und 9 zeigen Beispiele für ein visuelles Bild, und 10 ist eine Konzeptdarstellung des Messverfahrens. In 9 ist die Außenkontur 42 zu Beschreibungszwecken weiß ausgefüllt.
Zunächst wird im Schritt S111 der Mustermittelpunkt Kc der Neigungsfolie 5 anhand eines mittels des Bilderfassungsabschnitts 22 erhaltenen visuellen Bildes (siehe 8) einer Bildanalyse unterzogen.
Danach werden im Schritt 112 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 Folienmittelpunkts Kc in dem Bild ermittelt (siehe 8). Die Positionsrichtung (der Richtungsvektor B) der Neigungsfolie 5 wird aus den Abweichungswerten Xc und Yc (siehe 10) bestimmt. Der Richtungsvektor enthält lediglich Informationen hinsichtlich der Richtung ohne Dimensionen.
Danach wird im Schritt 114 der Markierungsmittelpunkt Km der Markierung 43 einer Bildanalyse unterzogen, wobei das im Bilderfassungsabschnitt 22 aufgenommene visuelle Bild verwendet wird (siehe 9).
Anschließend werden in dem Schritt 115 ein Horizontalrichtungsabweichungswert Xd und ein Vertikalrichtungsabweichungswert Yd zwischen der Position eines Markierungsmittelpunkts Km und des Folienmittelpunkts Kc in dem Bild ermittelt, und es wird ein Markierungsradius ”r” von dem Folienmittelpunkt Kc zu dem Markierungsmittelpunkt Km ermittelt (siehe 9).
Danach wird im Schritt 116 der größere Radius R der Markierungsfläche 41 in dem Bild analysiert (siehe 9).
Anschließend werden im Schritt S117 ein Horizontalrichtungsneigungswinkel θx und ein Vertikalrichtungsneigungswinkel θy der Neigungsfolie 5, in Blickrichtung ”e” des Vermessungsgeräts 2 gesehen, mittels der Funktion ”f(r/R) = θ” ermittelt (siehe 10).
Danach wird im Schritt S118 eine Normalenrichtung der Neigungsfolie 5, in Blickrichtung des Vermessungsgeräts 2 gesehen (Richtungsvektor A), aus dem Richtungsvektor B sowie den Neigungswinkeln θx und θy ermittelt (siehe 10).
Anschließend wird im Schritt S119 die dreidimensionale Position des Messpunkts X erhalten, indem die Positionsinformationen von der aus den Messwerten des Winkels und der Entfernung des Prismas 3 erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts Pc um die feste Strecke L in Richtung des Richtungsvektors A verschoben werden.
(Effekte)
Wie beschrieben kann in dem ersten Ausführungsbeispiel die dreidimensionale Position des Messpunkts X aus der dreidimensionalen Position des Prismas 3 (den Messwerten des Winkels und der Entfernung des Prismenmittelpunkts Pc), dem anhand der Neigungsfolie 5 erhaltenen Neigungswinkel (den Neigungswinkeln θx und θy der Markierungsfläche 41) und der festen Strecke L des Prismas 3 ermittelt werden.
Bei dem System zum Messen einer dreidimensionalen Position nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Markierungsfläche 41 der Neigungsfolie 5 auf der zur Axialrichtung PP der Richtstange 4 senkrechten Fläche ausgebildet, so dass die durch die Analyse der Neigungsfolie 5 erhaltene Normalenrichtung der Markierungsfläche 41 (Richtungsvektor A) mit der Axialrichtung PP der Richtstange 4 zusammenfällt. Aus diesem Grund kann der Messpunkt X gemessen werden, indem die Positionsinformationen von dem Prismenvektor P am Prismenmittelpunkt PC um die feste Strecke L in Richtung des Richtungsvektors A verschoben werden (siehe 10).
Die Schritte 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. In diesem Fall kann die Kollimation unter Verwendung eines Bildes erfolgen, 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 S119 vorzugsweise mit größerer Genauigkeit erhalten werden kann.
Gemäß dem ersten 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 6(b) dargestellt ermöglicht die Kombination mit der automatischen Suche die aufeinanderfolgenden Messungen, indem lediglich die Richtstangen 4 nacheinander an die zu messenden Punkte angelegt werden, da die Messwerte der Entfernung und des Winkels des Prismas und der Neigungswinkel 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 der Neigungsfolie 5 auf der Grundlage der Position des Prismas berechnet wird, die mit höherer Genauigkeit ermittelt werden kann. Die dünne und kompakte Neigungsfolie 5 verringert die Funktionsfähigkeit nicht.
(Alternatives Beispiel)
Im Folgenden werden alternative Beispiele für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben.
11 zeigt bezüglich der Anordnung der Neigungsfolie 5 ein alternatives Beispiel für das erste Ausführungsbeispiel. Die Position der Neigungsfolie 5 ist arbiträr, solange die Markierungsfläche 41 auf der zu der Axialrichtung PP der Richtstange 4 senkrechten Fläche angeordnet ist. Die Neigungsfolie 5 kann beispielsweise an der Richtstange 4 angeordnet sein, wie durch das Symbol A angegeben, oder sie kann von der Richtstange 4 getrennt angeordnet sein, wie durch das Symbol B angegeben.
12 zeigt ein alternatives Beispiel, bei welchem eine Haube 7 an dem Prisma 3 angebracht ist. Bei einem größeren Neigungswinkel in Bezug auf die Blickrichtung verursacht die Wiederholung des in charakteristischer Weise auf der Neigungsfolie 5 zu erkennenden Moiré-Musters der Markierung 43 einen möglichen Messfehler. Dementsprechend ist die Haube 7 vorzugsweise um das Prisma 3 herum angeordnet. Daher kann, wenn der Neigungswinkel in Bezug auf die Blickrichtung größer als derjenige ist, in welchem ein primäres Muster oder mehr der Markierung 43 sichtbar ist, das Prisma 3 aufgrund der Haube nicht kollimiert werden, so dass die Messung angehalten wird, weil der Schritt S12 oder S22 und die nachfolgenden Schritte nicht ausgeführt werden. Die Haube 7 besteht beispielsweise aus Harz mit einem Licht blockierenden Effekt und hat eine Form, welche zumindest den halben Umfang des Prismas 3 bedeckt. Die Länge der Haube 7 wird in geeigneter Weise unter Berücksichtigung der Position bestimmt, an welcher das primäre Muster oder mehr der Markierung 43 nicht sichtbar ist. Wird dieses alternative Ausführungsbeispiel verwendet, wird die Neigungsfolie 5 vorzugsweise an der vorderen Endposition der Haube 7 angeordnet, nachdem die Haube 7 zum vorderen Ende verschoben wurde, so dass die Haube 7 keinen Schatten auf die Markierungsfläche 41 wirft. Die Die genannten Effekte können bei der Messung aus sämtlichen Richtungen über 360° durchgeführt werden, wenn die Haube 7 den gesamten Umfang des Prismas 3 bedeckt.
13 zeigt ein alternatives Beispiel, bei welchem eine Beleuchtungsvorrichtung 8 an der Rückseite der Neigungsfolie 5 angeordnet ist. Die Beleuchtungsvorrichtung 8 kann eine beliebige Ausbildung aufweisen und ist zum Abstrahlen von Licht zumindest auf den gesamten effektiven Bereich der Neigungsfolie 5 (Markierungsfläche 41) ausgebildet. Beispielsweise sind, wie in 13 dargestellt, ein LED-Chip und ein elektronisches Substrat in einem Gehäuse mit einer der Fläche der Markierungsfläche 41 entsprechenden Öffnung aufgenommen, derart, dass die Vorrichtung 8 je nach Bedarf mittels eines externen Schalters ein- und ausgeschaltet werden kann. Die auf der Rückseite der Neigungsfolie 5 angebrachte Beleuchtungsvorrichtung 8 ermöglicht das Aufnehmen eines Bildes der Markierungsfläche 41 selbst an dunklen Orten, so dass sie für Messungen bei Nacht vorteilhaft ist.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
(Gesamtsystem)
Die Ausbildung der Richtstange 4 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ist von derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels verschieden. Durch diese Änderung unterscheidet sich auch das Verfahren zur Berechnung einer dreidimensionalen Position von demjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Auch das System zum Messen einer dreidimensionalen Position nach dem zweiten Ausführungsbeispiel weist ein Vermessungsgerät 2 und eine Richtstange 4 mit einem Prisma 3 und einer Neigungsfolie 5 auf. Die Richtstange 4 wird in ähnlicher Weise mit auf dem Messpunkt X angeordnetem vorderen Ende verwendet.
Die Beschreibung der inneren Konfiguration des Vermessungsgeräts 2 entfällt, da die Konfiguration derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich ist.
(Richtstange)
14 ist 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, das Prisma 3, die Neigungsfolie 5 und eine Platte 32 auf.
Die Beschreibung des Stützelements 31 entfällt, da das Element demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich ist. Die Platte 32 ist an dem anderen Ende des Stützelements 31 parallel zum Stützelement 31 angebracht. Die Konfiguration der Platte 32 wird nicht beschrieben, da die Platte 32 ähnlich derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ist.
Das Prisma 3 ist auf der Vorderseite der Platte 32 derart angebracht, dass der Prismenmittelpunkt Pc (schwebender Punkt) in der Axialrichtung PP der Richtstange 4 (Stützelement 31) angeordnet ist. Die Strecke von dem Prismenmittelpunkt Pc zu dem vorderen Ende (Messpunkt X) des Stützelements 31 ist als die bekannte Strecke L festgelegt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann anstatt eines Winkelreflektors jedes Material, das Eingangsstrahlen als parallele Reflexionsstrahlen ausgeben kann und die Durchführung der Bildanalyse des Zielmittelpunkts erlaubt, als das Prisma 3 verwendet werden, und auch eine retroreflektierende Folie kann verwendet werden.
Die Neigungsfolie 5 ist derart befestigt, dass der Folienmittelpunkt Kc der Neigungsfolie 5 in der Axialrichtung PP der Richtstange 4 auf der Vorderseite der Platte 32 angeordnet ist. Auch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können das Prisma 3 und die Neigungsfolie 5 mittels eines geeigneten Befestigungsmittels befestigt werden, wie beispielsweise Kleben, Schrauben, konkav-konvexer Eingriff und Schweißen.
(Neigungsfolie)
Die Beschreibung der Neigungsfolie 5 entfällt, da das Element demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich ist.
Wie zuvor beschrieben ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Neigungsfolie 5 derart befestigt, dass der Folienmittelpunkt Kc der Neigungsfolie 5 auf der Linie zwischen dem Messpunkt X und dem Prismenmittelpunkt Pc angeordnet ist. Bei dieser Anordnung kann die dreidimensionale Position des Messpunkts X unter Verwendung des folgenden Verfahrens berechnet werden.
(Messverfahren)
Die Beschreibung des Überblicks über das Messverfahren entfällt, da die Messung ähnlich derjenigen in dem Messungsflussdiagramm des Systems zur Messung der dreidimensionalen Position nach 6 ist.
(Verfahren zur Messung der dreidimensionalen Position)
Im Folgenden wird das Verfahren zum Messen der dreidimensionalen Position des Messpunkts X im Schritt S15 oder S25 der 6 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. 15 zeigt ein Flussdiagramm zur Berechnung einer dreidimensionalen Position nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, und 16 ist eine Konzeptdarstellung des Messverfahrens nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zur Ergänzung der Beschreibung des Flussdiagramms in 15.
Die Beschreibung der in 5 dargestellten Schritte S211 bis S212 entfällt, da diese Schritte den Schritten S111 bis S112 des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich sind.
Anschließend werden im Schritt S213 ein Wert Xc der Horizontalrichtungsabweichung und ein Wert Yc der Vertikalrichtungsabweichung zwischen den Positionen des Prismenmittelpunkts Pc und des Folienmittelpunkts Kc in dem Bild ermittelt (siehe 8), sowie eine Fläche A (erste Fläche), die drei Punkte aufweist, nämlich den Prismenmittelpunkt Pc, den Folienmittelpunkt Kc und einen Betrachtungspunkt E des Vermessungsgeräts 2 (siehe 16).
Die Beschreibung der Schritte 214 bis S217 entfällt, da diese Schritte den Schritten S114 bis S117 des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich sind.
Anschließend wird im Schritt S218 die Normalenrichtung (Richtungsvektor C) der Neigungsfolie 5, in Blickrichtung des Vermessungsgeräts 2 gesehen, aus den Neigungswinkeln θx und θy ermittelt (siehe 16), und eine Fläche B (zweite Fläche) mit dem Richtungsvektor C als ihrer Normalen wird ermittelt (siehe 16).
Danach wird im Schritt 219 eine Schnittlinie ”I” zwischen der Fläche A und der Fläche B ermittelt.
Anschließend wird im Schritt 220 die dreidimensionale Position des Messpunkts X ermittelt, indem die Positionsinformationen um die feste Strecke L entlang der Schnittline ”I” von der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts Pc verschoben werden.
(Effekte)
Wie beschrieben kann in dem zweiten Ausführungsbeispiel die dreidimensionale Position des Messpunkts X aus der dreidimensionalen Position des Prismas 3 (den Messwerten des Winkels und der Entfernung des Prismenmittelpunkts Pc), dem anhand der Neigungsfolie 5 erhaltenen Neigungswinkel (den Neigungswinkeln θx und θy der Markierungsfläche 41) und der festen Strecke L des Prismas 3 ermittelt werden.
Bei dem System 1 zum Messen einer dreidimensionalen Position nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ist, da der Folienmittelpunkt Kc der Neigungsfolie 5 auf der Linie zwischen der Position des Messpunkts X und dem Prismenmittelpunkt PC angeordnet ist, oder da die Neigungsfolie 5 parallel zur axialen Richtung PP der Richtstange 4 angeordnet ist, so dass der Folienmittelpunkt LC, der Prismenmittelpunkt Pc und der Messpunkt X kollinear angeordnet sind, die Schnittlinie ”I” zwischen der Fläche A (erste Fläche, deren Normale senkrecht zur Blickrichtung des Vermessungsgeräts 2 verläuft) und der Fläche B (Fläche, deren Normale der Richtungsvektor C der Markierungsfläche 41 der Neigungsfolie in Blickrichtung des Vermessungsgeräts 2 ist) mit der Axialrichtung PP der Richtstange 4 zusammenfällt. Dementsprechend kann die Messung X gemessen werden, indem die Positionsinformationen von dem Prismenvektor P an dem Prismenmittelpunkt Pc um die feste Strecke L in eine Richtung entlang der Schnittlinie ”I” verschoben werden, die derjenigen entgegengesetzt ist, in der sich die Neigungsfolie 5 befindet (siehe 17).
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann ein Benutzer die dreidimensionale Position des Messpunkts X ohne Einstellungsarbeiten, wie beispielsweise das Nivellieren des Prismas 3 messen, selbst wenn die Richtstange 4 geneigt ist, indem lediglich das vordere Ende der Richtstange 4 an den Messpunkt X angelegt wird, wodurch die Arbeitseffizienz erhöht ist. Wie in 6(b) dargestellt ermöglicht die Kombination mit der automatischen Suche die aufeinanderfolgenden Messungen, indem lediglich die Richtstangen 4 nacheinander an die zu messenden Punkte angelegt werden, da die Messwerte der Entfernung und des Winkels des Prismas und der Neigungswinkel 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 der Neigungsfolie 5 auf der Grundlage der Position des Prismas berechnet wird, die mit höherer Genauigkeit ermittelt werden kann. Die dünne und kompakte Neigungsfolie 5 verringert die Funktionsfähigkeit nicht.
(Alternatives Beispiel)
Im Folgenden wird ein alternatives Beispiel für das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die Position der Neigungsfolie 5 ist arbiträr, solange der Folienmittelpunkt Kc der Neigungsfolie 5 auf der Linie zwischen dem Messpunkt X und dem Prismenmittelpunkt Pc angeordnet ist. Die in 14 dargestellte Anordnung des Prismas 3 und der Neigungsfolie 5 kann beispielsweise in vertikaler Richtung umgekehrt werden. In diesem Fall erfolgt das Verschieben um die feste Strecke L einfach in die entgegengesetzte Richtung. Die Positionsinformationen werden von der dreidimensionalen Position des Prismas 3 auf die Schnittlinie ”I” verschoben, so dass das Prisma 3 und die Neigungsfolie 5 voneinander um eine beliebige Entfernung getrennt sein können.
17 zeigt ein alternatives Beispiel, bei welchem die Haube 7 an dem Prisma 3 des zweiten Ausführungsbeispiels angebracht ist. Die Ausbildung der Haube 7 und die dadurch bewirkten Effekte sind denen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich.
18 zeigt ein alternatives Beispiel, bei welchem die Beleuchtungsvorrichtung 8 auf der Rückseite der Neigungsfolie 5 angeordnet ist. Die Ausbildung der Beleuchtungsvorrichtung 8 und die dadurch bewirkten Effekte sind denen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
(Gesamtsystem)
Die Ausbildung der Richtstange 4 und der Neigungsfolie 5 nach dem dritten Ausführungsbeispiel ist von derjenigen des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels verschieden. Durch diese Änderung unterscheidet sich auch das Verfahren zur Berechnung einer dreidimensionalen Position von denjenigen gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Auch das System zum Messen einer dreidimensionalen Position nach dem dritten Ausführungsbeispiel weist ein Vermessungsgerät 2 und eine Richtstange 4 mit einem Prisma 3 und einer Neigungsfolie 5 auf. Die Richtstange 4 wird in ähnlicher Weise mit auf dem Messpunkt X angeordnetem vorderen Ende verwendet.
Die Beschreibung der inneren Konfiguration des Vermessungsgeräts 2 entfällt, da die Konfiguration derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich ist.
(Richtstange)
19 zeigt eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Konfiguration einer Richtstange 5 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, und 20 zeigt eine Draufsicht auf die Richtstange 4. Die Richtstange 4 weist ein stangenförmiges Stützelement 31, das Prisma 3, die Neigungsfolie 5 und eine Platte 32 auf.
Die Beschreibung des Stützelements 31 entfällt, da das Element demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich ist. Die Platte 32 ist an dem anderen Ende des Stützelements 31 senkrecht zum Stützelement 31 angebracht. Die Konfiguration der Platte 32 wird nicht beschrieben, da die Platte 32 ähnlich derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ist.
Das Prisma 3 ist auf der Vorderseite der Platte 32 derart angebracht, dass der Prismenmittelpunkt Pc (schwebender Punkt) in der Axialrichtung PP der Richtstange 4 (Stützelement 31) angeordnet ist. Die Strecke von dem Prismenmittelpunkt Pc zu dem vorderen Ende (Messpunkt X) des Stützelements 31 ist als die bekannte Strecke L festgelegt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann anstatt eines Winkelreflektors jedes Material, das Eingangsstrahlen als parallele Reflexionsstrahlen ausgeben kann und die Durchführung der Bildanalyse des Zielmittelpunkts erlaubt, als das Prisma 3 verwendet werden, und auch eine retroreflektierende Folie kann verwendet werden.
Zwei Neigungsfolien 5 sind an einer ersten Position P1 und einer zweiten Position P2 um das Prisma 3 zentriert auf der Vorderfläche der Platte 32 angeordnet. Die Konfiguration der Neigungsfolie 5 des vorliegenden Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Daher wird eine der beiden Neigungsfolien zur Unterscheidung im Folgenden als erste uniaxiale Neigungsfolie 51 bezeichnet, während die andere im Folgenden als zweite uniaxiale Neigungsfolie 52 bezeichnet wird.
Die erste uniaxiale Neigungsfolie 51 ist an der ersten Position P1 befestigt, in welcher eine Folienmittellinie Kc1 mit dem Prismenmittelpunkt Pc zusammenfällt und welche sie um eine arbiträre Strecke von dem Prisma 3 beabstandet. Die zweite uniaxiale Neigungsfolie 52 ist an der zweiten Position P2 befestigt, in welcher eine Folienmittellinie Kc2 mit dem Prismenmittelpunkt Pc zusammenfällt. Die zweite Folie 52 ist an einer in Bezug auf die erste Position P1 um 90 Grad gedrehten Position angeordnet (zwar ist in den 19 und 20 eine Drehung im Uhrzeigersinn dargestellt, jedoch kann auch eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn verwendet werden). Auch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können das Prisma 3 und die uniaxialen Neigungsfolien 51, 52 durch ein geeignetes Befestigungsmittel, wie Kleben, Schrauben, konkav-konvexer Eingriff und Schweißen, befestigt werden.
(Uniaxiale Neigungsfolie)
21 zeigt Darstellungen der Konfiguration der uniaxialen Neigungsfolie 51 nach dem dritten Ausführungsbeispiel, wobei 21(a) eine Draufsicht auf die uniaxiale Neigungsfolie 51 zeigt, 21(b) eine teilweise geschnittene Darstellung der uniaxialen Neigungsfolie 51 zeigt (Schnittansicht entlang einer Linie b-b in 21(a)), und 21(c) eine teilweise Draufsicht auf eine Bilderzeugungsschicht 45 zeigt. Die Beschreibung der Konfiguration der zweiten uniaxialen Folie 52 entfällt, da die Folie 52 der ersten uniaxialen Neigungsfolie 51 ähnlich ist.
Wie in 21(a) dargestellt weist die uniaxiale Neigungsfolie 51 eine Markierungsfläche 54 auf, auf der eine Markierung 53 für die Analyse erscheint. Wie in 21(b) dargestellt weist die uniaxiale Neigungsfolie 51 eine Zylinderlinsenfolie 55, eine Bilderzeugungsschicht 56 und ein Bilderzeugungsmedium 57 auf. Wie in 21(b) dargestellt ist die Zylinderlinsenfolie 55 durch mehrere parallel angeordnete Zylinderlinsen 55a gebildet. Die Zylinderlinsenfolie 55 ist auf die Bilderzeugungsschicht 56 fokussiert. Wie in 21(c) dargestellt sind die Bilderzeugungsschichten 56 wiederholt auf dem Bilderzeugungsmedium 57 derart ausgebildet, dass durch Tintendruck gebildete Bildmarkierungen 53a in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung ausgebildet sind. Die Bilderzeugungsschicht 56 und das Bilderzeugungsmedium 57, die transluzent sind, sind durch Kleben auf eine ebene Flächenseite der Zylinderlinsenfolie 55 laminiert, wobei die Transluzenz gewahrt bleibt. Die Bildmarkierung 53a kann jede Form aufweisen, wie beispielsweise ein in den Zeichnungen dargestelltes Rechteck, solange der Markierungsmittelpunkt km1 durch die Analyse fotografierter Bilder ermittelt werden kann.
Wenn die uniaxiale Neigungsfolie 51 von der Markierungsfläche 54 aus betrachtet wird, ist ein virtuelles Bild der Bildmarkierung 53a (das heißt, die Markierung in 21(a)) erkennbar, welches sich in Abhängigkeit von der Bewegung der Blickrichtung in Längsrichtung der Folie (uniaxiale Richtung) entlang der selben Richtung wie die sich bewegende Blickrichtung bewegt, oder welches sich in zu der sich bewegenden Blickrichtung entgegengesetzter Richtung bewegt. Während die Bewegungsrichtung der Markierung 53 durch den Größenunterschied zwischen dem Linsenabstand und der Bildmarkierung bestimmt ist, kommt der Tatsache, ob der Linsenabstand oder die Bildmarkierung größer ist, keine Bedeutung zu, da es ausreicht, dass sich die Markierung 53 regelmäßig in Abhängigkeit von der sich bewegenden Blickrichtung bewegt.
Die Position der Markierung 53 verändert sich entlang einer Achse in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel mit der Blickrichtung, so dass die Änderung des Neigungswinkels mit der Blickrichtung unter Verwendung einer Funktion in Bezug zu einem Markierungsradius ”r” gesetzt werden kann. Daher kann der Neigungswinkel der uniaxialen Neigungsfolie 51 in Bezug auf die Blickrichtung analysiert werden, indem die Markierungsfläche 54 erfasst und anschließend eine Bildanalyse durchgeführt wird.
Wie zuvor beschrieben sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die uniaxialen Neigungsfolien 51, 52 derart befestigt, dass die Markierungsflächen 54 senkrecht zueinander auf der zu der Axialrichtung PP der Richtstange 4 senkrechten Fläche angeordnet sind, während sie um einen bestimmten Punkt (den Prismenmittelpunkt Pc im vorliegenden Ausführungsbeispiel) zentriert sind. Bei dieser Anordnung kann die dreidimensionale Position des Messpunkts X unter Verwendung des folgenden Verfahrens gemessen werden.
(Messverfahren)
Die Beschreibung des Überblicks über die Messung entfällt, da die Messung ähnlich derjenigen in dem Messungsflussdiagramm des Systems zur Messung der dreidimensionalen Position nach 6 ist.
(Verfahren zur Messung der dreidimensionalen Position)
Im Folgenden wird das Verfahren zum Messen der dreidimensionalen Position des Messpunkts X im Schritt S15 oder S25 der 6 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben. 22 zeigt ein Flussdiagramm zur Berechnung einer dreidimensionalen Position nach dem dritten Ausführungsbeispiel, und 23 ist eine Konzeptdarstellung des Messverfahrens nach dem dritten Ausführungsbeispiel zur Ergänzung der Beschreibung des Flussdiagramms in 22.
Die Beschreibung des Schritts S311 entfällt, da der Schritt dem Schritt S111 des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich ist.
Anschließend werden im Schritt S312 die Folienmittellinie Kc1 der ersten uniaxialen Neigungsfolie 51 und die Folienmittellinie Kc2 der zweiten uniaxialen Neigungsfolie 52 einer Bildanalyse unter Verwendung des mit dem Bilderfassungsabschnitt 22 aufgenommenen Bildes unterzogen, und der Folienmittelpunkt Kc der gesamten Folie wird anhand des Schnittpunkts zwischen den uniaxialen Neigungsfolien 51, 52 bestimmt (siehe 22).
Anschließend werden im Schritt S313 die Markierungsmittellinie Km1 der Markierung 53 der ersten uniaxialen Neigungsfolie 51 und die Markierungsmittellinie Km2 der Markierung 53 der zweiten uniaxialen Neigungsfolie 52 einer Bildanalyse unter Verwendung des mit dem Bilderfassungsabschnitt 22 aufgenommenen visuellen Bildes unterzogen, und der Markierungsmittelpunkt Km der gesamten Folie wird anhand des Schnittpunkts zwischen den Markierungsmittellinien Km1, Km2 bestimmt.
Anschließend werden in dem Schritt 314 ein Horizontalrichtungsabweichungswert Xd und ein Vertikalrichtungsabweichungswert Yd zwischen dem Gesamt-Markierungsmittelpunkt Km und dem Gesamt-Folienmittelpunkt Kc ermittelt, und es wird eine Markierungsbewegungsstrecke ”r” ermittelt (siehe 23).
Danach wird im Schritt 315 der größere Radius R der uniaxialen Neigungsfolien 51, 52 einer Bildanalyse unterzogen (siehe 23).
Anschließend werden im Schritt S316 ein Neigungswinkel θx der ersten uniaxialen Neigungsfolie 51 und ein Neigungswinkel θy der zweiten uniaxialen Neigungsfolie 52, in Blickrichtung ”e” des Vermessungsgeräts 2 gesehen, mittels der Funktion ”f(r/R) = θ” ermittelt.
Danach wird die Normalenrichtung (der Richtungsvektor A) der Markierungsfläche der uniaxialen Neigungsfolien 51, 52 insgesamt, in Blickrichtung des Vermessungsgeräts 2 gesehen, aus dem aus dem Prismenvektor P am Prismenmittelpunkt Pc sowie den Neigungswinkeln θx und θy ermittelt (siehe 10).
Anschließend wird im Schritt 318 die dreidimensionale Position des Messpunkts X erhalten, indem die Positionsinformationen von der dreidimensionalen Position des Prismenmittelpunkts PC um die feste Strecke L in Richtung des Richtungsvektors A verschoben werden.
(Effekte)
Wie beschrieben kann bei dem dritten Ausführungsbeispiel die dreidimensionale Position des Messpunkts X aus der dreidimensionalen Position des Prismas 3 (den Messwerten des Winkels und der Entfernung des Prismenmittelpunkts Pc), dem anhand der uniaxialen Neigungsfolien 51, 52 (den Neigungswinkeln θx und θy) ermittelten Neigungswinkel der Gesamt-Neigungsfolie 5 und der festen Strecke L des Prismas 3 ermittelt werden.
Bei dem System 1 zum Messen einer dreidimensionalen Position nach dem dritten Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen Markierungsflächen 54 der uniaxialen Neigungsfolien 51, 52 senkrecht zueinander auf der zur Axialrichtung PP der Richtstange 4 ausgebildeten Fläche um den Prismenmittelpunkt Pc zentriert ausgebildet, so dass die durch die Analyse der uniaxialen Neigungsfolien 51, 52 erhaltene Normalenrichtung (Richtungsvektor A) der Markierungsfläche der Gesamtfolie mit der Axialrichtung PP der Richtstange 4 zusammenfällt. Diese Konfiguration ermöglicht das Messen des Messpunkts X durch Verschieben der Positionsinformationen von dem Prismenmittelpunkt Pc des Prismenvektors P um die feste Strecke L entlang dem Richtungsvektor A (siehe 10).
Die bei dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführte Verarbeitung zur Erkennung der Außenkontur 42 ist für die Fehlerverringerung nicht erforderlich. Da die uniaxialen Neigungsfolien 51, 52 derart angeordnet sind, dass der Prismenmittelpunkt Pc mit dem Gesamt-Folienmittelpunkt Kc zusammenfällt, ist eine Operation zum Erhalten des Richtungsvektors B (Schritt S113 in 7) nicht erforderlich.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel kann ein Benutzer die dreidimensionale Position des Messpunkts X ohne Einstellungsarbeiten, wie beispielsweise das Nivellieren des Prismas 3, messen, selbst wenn die Richtstange 4 geneigt ist, indem lediglich das vordere Ende der Richtstange 4 an den Messpunkt X angelegt wird, wodurch die Arbeitseffizienz erhöht ist. Wie in 6(b) dargestellt ermöglicht die Kombination mit der automatischen Suche die aufeinanderfolgenden Messungen, indem lediglich die Richtstangen 4 nacheinander an die zu messenden Punkte angelegt werden, da die Messwerte der Entfernung und des Winkels des Prismas und der Neigungswinkel 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 der uniaxialen Neigungsfolien 51, 52 auf der Grundlage der Position des Prismas berechnet wird, die mit höherer Genauigkeit ermittelt werden kann. Die dünnen und kompakten uniaxialen Neigungsfolien 51, 52 verringern die Funktionsfähigkeit nicht.
(Alternatives Beispiel)
Im Folgenden werden alternative Beispiele für das dritte Ausführungsbeispiel beschrieben.
24 zeigt ein alternatives Beispiel für das dritte Ausführungsbeispiel bezüglich der Anordnung der uniaxialen Neigungsfolien. Die uniaxialen Neigungsfolien können auf der zur Axialrichtung der Richtstange 4 parallelen Fläche in vier Richtungen um einen bestimmten Punkt herum angeordnet sein. In diesem Fall kann, wenn eine dritte uniaxiale Neigungsfolie 530 parallel zu der ersten uniaxialen Neigungsfolie 51 und eine vierte uniaxiale Neigungsfolie 540 parallel zur zweiten uniaxialen Neigungsfolie 52 angeordnet ist, der Gesamt-Markierungsmittelpunkt Km als der Schnittpunkt der durch Verbinden der Markierungsmittellinie Km1 und der Markierungsmittellinie Km3 gebildeten Linie und der durch Verbinden der Markierungsmittellinie Km2 und der Markierungsmittellinie Km4 gebildeten Linie ermittelt werden, indem die Markierungsmittellinie Km3 der dritten uniaxialen Neigungsfolie 530 und die Markierungsmittellinie Km4 der vierten uniaxialen Neigungsfolie 540 zusätzlich zu der Markierungsmittellinie Km1 und der Markierungsmittellinie Km2 im vorhergehenden Schritt S313 ermittelt werden. Daher ist das Berechnen der Erstreckungsrichtung der Markierungsmittellinie unnötig und der Aufwand der arithmetischen Verarbeitung im Schritt S313 kann insbesondere, wenn die Richtstange 4 gedreht ist (wenn sie aus der Standardposition in 20 heraus gedreht ist, verringert werden.
25 zeigt ein alternatives Beispiel für die Anordnung des Prismas 3. Die Position des Prismas 3 ist arbiträr, solange die jeweiligen Markierungsflächen 54 der uniaxialen Neigungsfolien 51, 52 auf der zur Axialrichtung PP der Richtstange 4 senkechten Fläche angeordnet sind und zumindest senkrecht zueinander um einen bestimmten Punkt Q zentriert angeordnet sind. In diesem Fall ist der Prismenmittelpunkt Pc nicht der Gesamt-Folienmittelpunkt Kc, so dass eine Operation zum Ermitteln des Richtungsvektors B (Schritt S113 7) zwischen den Schritten S312 und S313 durchgeführt werden kann.
26 zeigt ein alternatives Beispiel für die Anordnung der Beleuchtungsvorrichtung 8 an den Rückseiten der uniaxialen Neigungsfolien 51, 52. Die Konfiguration und die Effekte der Beleuchtungsvorrichtung 8 sind denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
(Gesamtsystem)
Das vierte Ausführungsbeispiel ist eine Alternative zu dem ersten Ausführungsbeispiel und unterscheidet sich davon darin, dass das Prisma 3 kein unverzichtbares Element ist.
(Richtstange)
27 ist eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung der Konfiguration der Richtstange 4 nach dem vierten Ausführungsbeispiel. Die Richtstange 4 weist das stangenförmige Stützelement 31 und die Neigungsfolie 5 auf. Das vordere Ende des Stützelements 31 ist ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel auf dem Messpunkt X angeordnet. Die Neigungsfolie 5 ist an dem anderen Ende des Stützelements 31 derart angeordnet, dass die Markierungsfläche 41 auf einer zur Axialrichtung PP der Richtstange 4 parallelen Fläche angeordnet ist, und der Folienmittelpunkt Kc ist in der Axialrichtung PP der Richtstange 4 angeordnet. Die Strecke von dem Folienmittelpunkt Kc zum vorderen Ende des Stützelements 31 (Messpunkt X) ist die bekannte feste Strecke L. Das heißt, dass bei dem vierten Ausführungsbeispiel die dreidimensionale Position des Messpunkts X gemessen wird, indem die Markierungsfläche 41 der Neigungsfolie 5 als Ziel kollimiert wird, und indem die Entfernung des Folienmittelpunkts KC ohne Prisma gemessen wird.
(Vermessungsgerät)
28 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer inneren Ausbildung des Vermessungsgeräts 2' nach dem vierten Ausführungsbeispiel. Das vorliegende Ausführungsbeispiel kann ausgeführt werden, solange der Bilderfassungsabschnitt 22 durch das in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendete Vermessungsgerät 2 oder ein Vermessungsgerät 2 mit der nachfolgenden Konfiguration eine höhere Genauigkeit aufweist. Bei dem Vermessungsgerät 2' in 28 sind das EDM 20, der Prismenbilderfassungsabschnitt 21 und der Abtastabschnitt 24, die zuvor für das Kollimieren (Suchen) des Prismas 3 verwendet wurden, nicht unverzichtbar und ein prismenloser Entfernungsmessabschnitt 20' kann ausreichen. Der prismenlose Entfernungsmessabschnitt 20' emittiert Entfernungsmessstrahlen, wie dünne Laserstrahlen, um die Entfernung zu einem anderen Ziel als einem Prisma zu messen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Ziel die Markierungsfläche 41 der Neigungsfolie 5 und das Kollimieren (Suchen) des Folienmittelpunkts Kc der Neigungsfolie 5 erfolgt mittels einer bekannten Bildverarbeitung, wie einem Mustervergleich, durch Abbilden im Bilderfassungsabschnitt 22.
(Messverfahren)
Das Messverfahren gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel wird im Überblick beschrieben. 29 zeigt Messungsflussdiagramme des Systems zum Messen der dreidimensionalen Position gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, 29(a) zeigt ein grundlegendes Flussdiagramm und 29(b) zeigt ein Flussdiagramm, wenn eine automatische Suche durchgeführt wird. Wie in 29(a) dargestellt wird im Schritt S31 die Neigungsfolie 5 im Wesentlichen im Bilderfassungsabschnitt 22 erfasst. Sodann wird im Schritt S32 der Folienmittelpunkt Kc einer Bildanalyse unter Verwendung des mit dem Bilderfassungsabschnitt 22 aufgenommenen Bildes unterzogen. Wenn keine Kollimation durchgeführt wird, kehrt die Verarbeitung zum Schritt S31 zurück. Wird eine Kollimation durchgeführt, geht die Verarbeitung zum Schritt S33 über, und die Entfernung und der Winkel des Folienmittelpunkts Kc werden zur Messung der dreidimensionalen Position des Folienmittelpunkts Kc gemessen. Danach geht die Verarbeitung zum Schritt S34 über, in welchem die dreidimensionale Position des Messpunkts X berechnet wird. Danach geht die Verarbeitung zu dem Schritt S35 über, um den Messpunkt X auf dem Anzeigeabschnitt 23 anzuzeigen, und die Verarbeitung wird beendet. Im Falle der in 29(b) dargestellten automatischen Suche wird im Schritt S41 die Neigungsfolie 5 im Bilderfassungsabschnitt 22 abgebildet. Danach wird im Schritt S42 beurteilt, ob der als Ziel dienende Folienmittelpunkt Kc erfasst (automatisch kollimiert) wurde oder nicht, und wenn das Erfassen abgeschlossen ist, kehrt die Verarbeitung zum Schritt 43 zurück, in welchem die Entfernung und der Winkel des Folienmittelpunkts Kc gemessen werden, Die übrigen Schritte S44 bis S47 sind den Schritten S25 bis S28 der 6 ähnlich.
(Verfahren zum Berechnen der dreidimensionalen Position)
Das Verfahren zum Messen der dreidimensionalen Position eines Messpunkts X in einem Schritt S34 oder S44 in 29 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel wird nachfolgend beschrieben. 30 ist ein Flussdiagramm der Berechnung der dreidimensionalen Position gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, und 31 ist eine Konzeptdarstellung des Messverfahrens des vierten Ausführungsbeispiels. Zunächst wird in einem Schritt S411 der Folienmittelpunkt Kc der Neigungsfolie 5 anhand des mittels des Bilderfassungsabschnitts 22 aufgenommenen visuellen Bildes einer Bildanalyse unterzogen, um die Positionsrichtung der Neigungsfolie 5 (Richtungsvektor B) (siehe 31) zu ermitteln. Anschließend wird im Schritt S412 ein Vektor P' zum Folienmittelpunkt Kc ermittelt, nachdem der Wert der Entfernung des Folienmittelpunkts Kc mittels des prismenlosen Entfernungsmessabschnitts 20' gemessen wurde und der Wert des durch den Horizontalwinkeldetektor 11 und den Vertikalwinkeldetektor 12 erhaltenen Winkels des Folienmittelpunkts Kc gemessen wurde. Die Schritte S413 bis S417 sind den Schritten S114 bis S118 (7) des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich. Schließlich wird im Schritt S418 die dreidimensionale Position des Messpunkts X ermittelt, indem die aus den genannten Messwerten der Entfernung und des Winkels der Neigungsfolie 5 erhaltene dreidimensionale Position des Folienmittelpunkts Kc um die feste Strecke L entlang dem Richtungsvektor A verschoben wird.
(Effekte)
Wie beschrieben kann bei dem vierten Ausführungsbeispiel die dreidimensionale Position des Messpunkts X, selbst ohne Prisma 3, ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemessen werden, indem der Vorgang des Messens der Entfernung mittels des Prismas durch das Kollimieren (Suchen) des Prismas 3 des ersten Ausführungsbeispiels durch den Vorgang des Messens der Entfernung ohne das Prisma durch das Kollimieren (Suchen) der Neigungsfolie 5 ersetzt wird.
(Alternatives Beispiel)
Auch kann bei dem vierten Ausführungsbeispiel die Position der Neigungsfolie 5 zu jeder beliebigen Position hin versetzt sein, solange die Markierungsfläche 41 auf der zur Axialrichtung PP der Richtstange 4 parallelen Fläche angeordnet ist, wie in 11 dargestellt. In diesem Fall kann ein Analysemuster, das eine Bilderkennung ermöglicht (leicht kollimierbares Hochpräzisionsmuster) an einer Position angeordnet werden, die um die feste Strecke L von dem Messpunkt X versetzt ist. Ein Beispiel für das genannte Analysemuster ist ein Barcode, beispielsweise ein Muster mit einem konzentrischen Kreis, ein QR-Code (eingetragenes Warenzeichen) oder ein Muster mit einer Farbe, die von derjenigen der Neigungsfolie 5 verschieden ist. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel kann ebenfalls die Beleuchtungsvorrichtung 8 auf der Rückseite der Neigungsfolie 5 angeordnet sein.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
(Gesamtsystem)
Das fünfte Ausführungsbeispiel ist eine Alternative zu dem zweiten Ausführungsbeispiel und unterscheidet sich davon darin, dass das Prisma 3 kein unverzichtbares Element ist.
(Richtstange)
32 ist eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht zur Darstellung der Konfiguration der Richtstange 4 nach dem fünften Ausführungsbeispiel. Die Richtstange 4 weist das stangenförmige Stützelement 31 und die Neigungsfolie 5 auf. Die Neigungsfolie 5 dieses Ausführungsbeispiels weist eine zweite Markierung 47 auf, welche eine Mustererkennung auf der Außenkontur 42 ermöglicht. Das vordere Ende des Stützelements 31 ist ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel auf dem Messpunkt X angeordnet. Die Neigungsfolie 5 ist an dem anderen Ende des Stützelements 31 parallel zu dem Stützelement 31 derart angeordnet, dass der Folienmittelpunkt Kc der Neigungsfolie 5 und der Markierungsmittelpunkt Pc' der zweiten Markierung 47 in der Axialrichtung PP der Richtstange 4 angeordnet sind, das heißt, dass der Messpunkt X, der Folienmittelpunkt Kc und der zweite Markierungsmittelpunkt Pc' auf der selben einzelnen Linie angeordnet sind. Die Strecke von dem Folienmittelpunkt Kc zu dem Messpunkt X ist die bekannte feste Strecke L.
(Vermessungsgerät)
Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann das in 28 dargestellte Vermessungsgerät 2' anstelle des Vermessungsgeräts 2 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet werden.
(Messverfahren)
Der Überblick über die Messung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ähnlich demjenigen, der in den Messungsflussdiagrammen des Systems zum Messen der dreidimensionalen Position in 29 dargestellt ist.
(Verfahren zum Berechnen der dreidimensionalen Position)
Das Verfahren zum Messen der dreidimensionalen Position der Messposition X im Schritt S34 oder S44 in 29 wird nun für das fünfte Ausführungsbeispiel beschrieben. 33 ist ein Flussdiagramm der Berechnung der dreidimensionalen Position gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, und 34 ist eine Konzeptdarstellung des Messverfahrens nach dem fünften Ausführungsbeispiel.
Zunächst werden im Schritt S511 der Folienmittelpunkt Kc der Neigungsfolie 5 und der Markierungsmittelpunkt Pc' der zweiten Markierung 47 anhand des mit dem Bilderfassungsabschnitt 22 aufgenommenen visuellen Bildes einer Bildanalyse unterzogen.
Anschließend wird im Schritt S512 ein Vektor P' zum Folienmittelpunkt Kc ermittelt, nachdem der Wert der Entfernung des Folienmittelpunkts Kc mittels des prismenlosen Entfernungsmessabschnitts 20' gemessen wurde und der Wert des durch den Horizontalwinkeldetektor 11 und den Vertikalwinkeldetektor 12 erhaltenen Winkels des Folienmittelpunkts Kc gemessen wurde.
Anschließend werden im Schritt S513 ein Wert Xc der Horizontalrichtungsabweichung und ein Wert Yc der Vertikalrichtungsabweichung zwischen den Positionen des zweiten Markierungsmittelpunkts Pc' und des Folienmittelpunkts Kc in dem Bild ermittelt, sowie eine Fläche A (erste Fläche), die drei Punkte aufweist, nämlich den zweiten Markierungsmittelpunkt Pc', den Folienmittelpunkt Kc und einen Betrachtungspunkt E des Vermessungsgeräts 2 (siehe 34).
Die Schritte S514 bis S517 sind den Schritten S214 bis S217 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ähnlich.
Anschließend wird im Schritt S518 die Normalenrichtung (Richtungsvektor C) der Neigungsfolie 5, in Blickrichtung des Vermessungsgeräts 2 gesehen, aus den im Schritt S517 ermittelten Neigungswinkeln θx und θy ermittelt (siehe 34), und es wird eine Fläche B (zweite Fläche) mit dem Richtungsvektor C als ihrer Normalen am Folienmittelpunkt Kc ermittelt (siehe 34). Danach wird im Schritt S519 eine Schnittlinie ”I” der Fläche A und der Fläche B ermittelt. Anschließend wird im Schritt S520 die dreidimensionale Position des Messpunkts X ermittelt, indem die Positionsinformationen um die feste Strecke L entlang der Schnittline ”I” von der dreidimensionalen Position des Folienmittelpunkts Kc verschoben werden.
(Effekte)
Wie beschrieben ist bei dem fünften Ausführungsbeispiel der Vorgang des Messens der Entfernung durch Kollimieren (Suchen) des Prismas 3 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel durch den Vorgang des Messens der Entfernung durch Kollimieren (Suchen) der Neigungsfolie 5 ohne Verwendung des Prismas ersetzt, wobei die zweite Markierung 47 zum Ermitteln der Fläche A verwendet wird (Schnittline ”I”) Auf diese Weise kann die dreidimensionale Position ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel selbst ohne das Prisma 3 mit der ausgezeichneten Arbeitseffizienz gemessen werden.
(alternatives Beispiel)
Auch bei dem fünften Ausführungsbeispiel ist die Position der Neigungsfolie 5 arbiträr, solange der Messpunkt X, der Folienmittelpunkt Kc und der zweite Markierungsmittelpunkt Pc' auf der selben einzelnen Linie angeordnet sind, und die Strecke von dem Folienmittelpunkt Kc um Messpunkt X die bekannte feste Strecke L ist. Die zweite Markierung 47 ist arbiträr, solange ihr Muster bekannt ist und ihr Mittelpunkt analysiert werden kann. Wie dargestellt weist die Markierung 47 vorzugsweise einen stärkeren Farbkontrast zu der Außenkontur 42 auf, beispielsweise als ein weißer Punkt. Auch kann bei dem fünften Ausführungsbeispiel die Beleuchtungsvorrichtung 8 auf der Rückseite der Neigungsfolie 5 angeordnet sein.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
(Gesamtsystem)
Das sechste Ausführungsbeispiel ist eine Alternative zu dem ersten Ausführungsbeispiel und unterscheidet sich von diesem darin, dass die Stange (Stützelement 31) kein unverzichtbares Element ist. 35 ist eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration des sechsten Ausführungsbeispiels zeigt. Das Vermessungsgerät 2 kann demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich sein, und das Prisma 3 wird vorzugsweise durch den Prismenbilderfassungsabschnitt 21 abgebildet. Das sechste Ausführungsbeispiel weist nicht das Stützelement 31 auf, und weist das Prisma 3, die Neigungsfolie 5 und die Platte 32 auf.
(Effekte)
Selbst ohne das Stützelement 31 kann die dreidimensionale Position des Messpunkts X gemäß einem Prozess (Flussdiagramm von 7), der demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich ist, gemessen werden, wenn das Prisma 3 (der Prismenmittelpunkt Pc) an der Position angeordnet ist, die von dem Messpunkt X um die feste Strecke L versetzt ist und die Markierung 41 der Neigungsfolie 5 auf der zu der Linie zwischen dem Messpunkt X und dem Prismenmittelpunkt Pc senkrechten Fläche ausgebildet ist. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist beispielsweise wie in 35 gezeigt wirksam, wenn das Prisma 3 aufgrund des Vorhandenseins eines Gehäuses nicht nahe an einem in dem bestimmten Gehäuse 60 einer Vorrichtung eingebauten Sensor 61 angeordnet werden kann. Die feste Strecke L kann aus einer Konstruktionszeichnung der Vorrichtung ermittelt werden.
(Siebtes Ausführungsbeispiel)
(Gesamtsystem)
Ähnlich wie oben unterscheidet sich das siebte Ausführungsbeispiel von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die Stange (Stützelement 31) kein unverzichtbares Element ist. 36 ist eine von rechts gesehene perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration des siebten Ausführungsbeispiels zeigt. Das Vermessungsgerät 2 kann demjenigen des zweiten Ausführungsbeispiels ähnlich sein, und das Prisma 3 wird vorzugsweise durch den Prismenbilderfassungsabschnitt 21 abgebildet. Das siebte Ausführungsbeispiel weist nicht das Stützelement 31 auf, und weist das Prisma 3, die Neigungsfolie 5 und die Platte 32 auf.
(Effekte)
Selbst ohne das Stützelement 31 kann die dreidimensionale Position des Messpunkts X gemäß einem Prozess (Flussdiagramm von 15), der demjenigen des zweiten Ausführungsbeispiels ähnlich ist, gemessen werden, wenn der Folienmittelpunkt Kc, der Prismenmittelpunkt Pc und der Messpunkt X auf der selben einzelnen Linie angeordnet sind, und der Prismenmittelpunkt Pc an der Position angeordnet ist, die von dem Messpunkt X um die feste Strecke L versetzt ist.
In dem sechsten und dem siebten Ausführungsbeispiel kann die dreidimensionale Position des Messpunkts X gemessen werden, selbst wenn die Entfernung der Neigungsfolie 5 ohne Verwendung eines Prismas 3 erfolgen, anstatt das Prisma wie bei dem fünften und dem sechsten Ausführungsbeispiel zu verwenden.
Als zusätzliches alternatives Ausführungsbeispiel zu sämtlichen anderen genannten Ausführungsbeispielen kann darüber hinaus ein zweiter Bilderfassungsabschnitt 25 mit weiterem Winkel in dem Vermessungsgerät 2 vorgesehen sein, um die Möglichkeit auszuschließen, dass das Prisma 3 und/oder die Neigungsfolie 5 sich während einer Kurzstreckenmessung außerhalb des Sichtfelds des Bilderfassungsabschnitts 22 befindet.
Mittels eines Markierungsstifts am vorderen Ende des Stützelements 31 der Richtstange 4 kann eine Messmarkierung an einer Arbeitsstelle zum Zeitpunkt der Arbeitsdurchführung angebrächt werden. Informationen wie die in dem Berechnungssteuerabschnitt 17 dargestellte Geschwindigkeit können ermittelt werden, da die Daten der Messmarkierung (Messpunkt X) in Echtzeit aufgezeichnet werden.
Die Länge der Richtstange 4 kann frei erweiterbar sein, vorausgesetzt, dass die feste Strecke L genau ausgelesen wird und die genaue Position korrekt bestimmt ist.
Zwar wurden vorangehend Ausführungsbeispiele und alternative Beispiele für das System 1 zum Messen einer dreidimensionalen Position gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, jedoch handelt es sich dabei lediglich um 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 der dreidimensionalen Position
2: Vermessungsgerät
3: Prisma
4: Richtstange
5: Neigungsfolie
51, 52: uniaxiale Neigungsfolie (Neigungsfolie)
11: Horizontalwinkeldetektor (Winkelmessabschnitt)
12: Vertikalwinkeldetektor (Winkelmessabschnitt)
17: Berechnungssteuerabschnitt
20: EDM (Entfernungsmessabschnitt)
21: Prismenbilderfassungsabschnitt
22: Bilderfassungsabschnitt
41, 54: Markierungsfläche
43, 53: Markierung
Kc: Folienmittelpunkt
Pc: Prismenmittelpunkt
Km: Markierungsmittelpunkt
θx, θy: Neigungswinkel
L: feste Strecke
Fläche A: (erste Fläche)
Fläche B: (zweite Fläche)
P1: erste Position
P2: zweite Position
20': prismenloser Entfernungsmessabschnitt
47: zweite Markierung
Pc': zweiter Markierungsmittelpunkt

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 2614-102246 A [0070]

Claims

System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts, wobei das System aufweist: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem als Ziel dienenden Prisma, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt; eine Richtstange, die auf dem Messpunkt positioniert wird und das Prisma an einer Position aufweist, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist; und eine mit einer Markierung versehene Neigungsfolie zur Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung, wobei die Neigungsfolie an der Richtstange angebracht ist, eine die Markierung aufweisende Markierungsfläche in dem Bilderfassungsabschnitt erfasst wird, und der Neigungswinkel der Neigungsfolie in Bezug auf die Blickrichtung des Vermessungsgeräts durch eine Bildanalyse der Markierungsfläche berechnet wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts anhand einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas, des Neigungswinkels der Neigungsfolie und der festen Strecke gemessen wird.
System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts, wobei das System aufweist: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem als Ziel dienenden Prisma, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt zum Abbilden einer Umgebungsszene des Prismas, und einem Prismenbilderfassungsabschnitt zum Abbilden des Prismas, eine Richtstange, die auf dem Messpunkt positioniert wird und das Prisma an einer Position aufweist, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, und eine mit einer Markierung versehene Neigungsfolie zur Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung, wobei die Neigungsfolie an der Richtstange angebracht ist, eine die Markierung aufweisende Markierungsfläche in dem Bilderfassungsabschnitt erfasst wird, und der Neigungswinkel der Neigungsfolie in Bezug auf die Blickrichtung des Vermessungsgeräts durch eine Bildanalyse der Markierungsfläche berechnet wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts anhand einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt nach dem zum Kollimieren des Prismas erfolgten Abbilden des Prismas mit dem Prismenbilderfassungsabschnitt erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas, des Neigungswinkels der Neigungsfolie und der festen Strecke gemessen wird.
System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts, wobei das System aufweist: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem als Ziel dienenden Prisma, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt, eine Richtstange, die auf dem Messpunkt positioniert wird und das Prisma an einer Position aufweist, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, und eine mit einer Markierung versehene Neigungsfolie zur Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung, wobei die Neigungsfolie an der Richtstange angebracht ist, wobei eine die Markierung aufweisende Markierungsfläche der Neigungsfolie auf einer zur axialen Richtung der Richtstange senkrechten Fläche ausgebildet ist, wobei die Markierungsfläche in dem Bilderfassungsabschnitt erfasst wird, und der Neigungswinkel der Neigungsfolie in Bezug auf die Blickrichtung des Vermessungsgeräts durch eine Bildanalyse der Markierungsfläche berechnet wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas um die feste Strecke in eine aus dem Neigungswinkel der Neigungsfolie ermittelten Normalenrichtung der Markierungsfläche verschoben werden.
System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts, wobei das System aufweist: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem als Ziel dienenden Prisma, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt, eine Richtstange, die auf dem Messpunkt positioniert wird und das Prisma an einer Position aufweist, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, und eine mit einer Markierung versehene Neigungsfolie zur Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung, wobei ein Folienmittelpunkt der Neigungsfolie auf einer Linie zwischen dem Messpunkt und einem Prismenmittelpunkt des Prismas gebildet ist, wobei eine erste Fläche, welche den Folienmittelpunkt, den Prismenmittelpunkt und die Blickrichtung des Vermessungsgeräts aufweist, erhalten wird, nachdem die die Markierung aufweisende Markierungsfläche in dem Bilderfassungsabschnitt erfasst und einer Bildanalyse unterzogen wurde, um den Folienmittelpunkt zu erhalten, wobei eine zweite Fläche mit einer Normalen berechnet wird, welche eine in Blickrichtung des Vermessungsgeräts gesehene Normale der Neigungsfolie ist, und wobei eine Schnittlinie zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche erhalten wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas um die feste Strecke in eine Richtung entlang der Schnittlinie verschoben werden.
System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts, wobei das System aufweist: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem als Ziel dienenden Prisma, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt, eine Richtstange, die auf dem Messpunkt positioniert wird und das Prisma an einer Position aufweist, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, und eine mit einer Markierung versehene Neigungsfolie zur Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung, wobei mindestens zwei Markierungsflächen, welche die Markierung der Neigungsfolie aufweisen und um einen bestimmten Punkt zentriert sind, senkrecht zueinander auf einer zu der axialen Richtung der Richtstange senkrechten Fläche ausgebildet sind, wobei die Markierungsfläche im Bilderfassungsabschnitt erfasst wird, und wobei der Neigungswinkel der Neigungsfolie in Bezug auf die Blickrichtung des Vermessungsgeräts durch eine Bildanalyse der Markierungsfläche berechnet wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas um die feste Strecke in eine Normalenrichtung der Markierungsfläche, welche anhand des Neigungswinkels der Neigungsfolie erhalten wird, verschoben werden.
System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts, wobei das System aufweist: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem Ziel, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt, und eine Richtstange, die auf dem Messpunkt positioniert wird und an einer Position, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, eine feste Neigungsfolie mit einer Markierung aufweist, welche die Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung ermöglicht, wobei die Markierungsfläche der Neigungsfolie, welche die Markierung aufweist, auf einer Fläche gebildet ist, welche senkrecht zu einer axialen Richtung der Richtstange verläuft, wobei die Markierungsfläche in dem Bilderfassungsabschnitt erfasst wird, und der der Neigungswinkel der Neigungsfolie in Bezug auf die Blickrichtung des Vermessungsgeräts durch eine Bildanalyse der Markierungsfläche berechnet wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt unter Verwendung der Neigungsfolie als Ziel erhaltenen dreidimensionalen Position des Folienmittelpunkts der Neigungsfolie um die feste Strecke in eine Normalenrichtung der Markierungsfläche, welche anhand des Neigungswinkels der Neigungsfolie erhalten wird, verschoben werden.
System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts, wobei das System aufweist: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem Ziel, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt, und eine Richtstange, die auf dem Messpunkt positioniert wird und an einer Position, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, eine feste Neigungsfolie mit einer Markierung aufweist, welche die Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung ermöglicht, wobei eine zweite Markierung, welche eine Mustererkennung ermöglicht, an einer anderen Position als eine die Markierung der Neigungsfolie aufweisende Markierungsfläche ausgebildet ist, derart, dass der Messpunkt, ein Folienmittelpunkt der Neigungsfolie und ein Markierungsmittelpunkt auf der selben einzelnen Linie ausgebildet sind, wobei der Folienmittelpunkt und der Markierungsmittelpunkt der zweiten Markierung durch das Erfassen und die Bildanalyse der Markierungsfläche und der zweiten Markierung im Bilderfassungsabschnitt erhalten werden, und wobei eine erste Fläche berechnet wird, welche den Folienmittelpunkt und den Markierungsmittelpunkt der zweiten Markierung und die Blickrichtung des Vermessungsgeräts aufweist, wobei eine zweite Fläche mit einer Normalen berechnet wird, welche eine in Blickrichtung des Vermessungsgeräts gesehene Normale der Neigungsfolie ist, und wobei eine Schnittlinie zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche erhalten wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt unter Verwendung der Neigungsfolie als Ziel erhaltenen dreidimensionalen Position des Folienmittelpunkts der Neigungsfolie um die feste Strecke in Richtung der Schnittlinie verschoben werden.
System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts, wobei das System aufweist: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem als Ziel dienenden Prisma, das an einer Position angebracht ist, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt, und eine mit einer Markierung versehene Neigungsfolie zur Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung, wobei eine die Markierung aufweisende Markierungsfläche der Neigungsfolie auf einer Fläche ausgebildet ist, die senkrecht zu einer Linie zwischen dem Messpunkt und einem Prismenmittelpunkt des Prismas verläuft, wobei die Markierungsfläche in dem Bilderfassungsabschnitt erfasst wird, und wobei der Neigungswinkel der Neigungsfolie in Bezug auf die Blickrichtung des Vermessungsgeräts durch eine Bildanalyse der Markierungsfläche berechnet wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas um die feste Strecke in eine Normalenrichtung der Markierungsfläche, welche anhand des Neigungswinkels der Neigungsfolie erhalten wird, verschoben werden.
System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Messpunkts, wobei das System aufweist: ein Vermessungsgerät mit einem Entfernungsmessabschnitt zum Messen einer Entfernung von einem als Ziel dienenden Prisma, das an einer Position angebracht ist, welche von dem Messpunkt um eine bekannte feste Strecke versetzt ist, einem Winkelmessabschnitt und einem Bilderfassungsabschnitt, und eine mit einer Markierung versehene Neigungsfolie zur Analyse eines Neigungswinkels in Bezug auf eine Blickrichtung, wobei ein Folienmittelpunkt der Neigungsfolie auf einer Linie zwischen dem Messpunkt und einem Prismenmittelpunkt des Prismas ausgebildet ist, wobei eine erste Fläche mit einer Normalen, die senkrecht zur Blickrichtung des Vermessungsgeräts verläuft, berechnet wird, indem die die Markierung aufweisende Markierungsfläche in dem Bilderfassungsabschnitt für eine Bildanalyse der Markierungsfläche erfasst wird, wobei eine zweite Fläche berechnet wird, die eine Normale aufweist, welche eine in Blickrichtung des Vermessungsgeräts gesehene Normale der Neigungsfolie ist, und wobei eine Schnittlinie zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche erhalten wird, und wobei die dreidimensionale Position des Messpunkts gemessen wird, indem Positionsinformationen von einer in dem Entfernungsmessabschnitt und dem Winkelmessabschnitt erhaltenen dreidimensionalen Position des Prismas um die feste Strecke in eine Richtung entlang der Schnittlinie verschoben werden.