DE10214742A1

DE10214742A1 - Optisches Lateraldistanzhandmessgerät

Info

Publication number: DE10214742A1
Application number: DE2002114742
Authority: DE
Inventors: Torsten Gogolla; Andreas Winter
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2003-10-16
Also published as: ITMI20030620A1; CH695960A5; US6903810B2; US20030218736A1

Abstract

Ein Lateraldistanzhandmessgerät mit einer Recheneinheit (2), einer Ein-/Ausgabeeinheit (3) und einem, einen sichtbaren Messlaserstrahl (I, II) aussendenden, ersten Laserdistanzmessmodul (4a, 4b), wobei ein zweites Laserdistanzmessmodul (4a, 4b) vorhanden ist, welches einen zweiten sichtbaren Messlaserstrahl (I, II) aussendet und mechanisch über ein Verbindungselement sowie datentechnisch mit dem ersten Laserdistanzmessmodul (4a, 4b) gekoppelt ist, und wobei die beiden Messlaserstrahlen (I, II) einen definierten, der Recheneinheit (2) bekannten, Schwenkwinkel (alpha) zueinander besitzen.

Description

Die Erfindung bezeichnet ein optisches Handmessgerät zur näherungsweisen Bestimmung der lateralen Distanz zweier lichtrückstreuender Messpunkte sowie des zwischen der Position des Handmessgeräts und den beiden lichtrückstreuenden Messpunkten ausgebildten Innenwinkels.

Nach der DE 31 09 752 sowie der DE 196 04 018 weist ein portables, stativgestütztes Messgerät zur präzisen lateralen Distanzmessung ein Laserdistanzmessmodul, ein mit diesem kombiniertes Winkelmesssystem, eine Ein-/Ausgabeeinheit und eine Recheneinheit auf, weiche die jeweils sequentiell gemessene Strecke zu zwei lichtrückstreuenden Messpunkten und den Schwenkwinkel zur Berechnung einer präzisen lateralen Distanz verwendet. Für bestimmte Anwendungen im Baugewerbe, bei welchem eine präzise laterale Distanzmessung nicht nötig ist, erweist sich eine stativgestützte sequentielle Messung als unhandlich.

Nach der DE 198 36 812 weist ein Handmessgerät zur lateralen Distanzmessung ein Laserdistanzmessmodul, eine Ein-/Ausgabeeinheit und eine Recheneinheit auf, welche die jeweils durch Verschwenken der Hand des Nutzers sequentiell gemessene Strecke zu zwei lichtrückstreuenden Messpunkten und das gemessene laterale Lot zur Berechnung einer näherungsweisen lateralen Distanz verwendet. Die durch die notwendige Bestimmung des lateralen Lots praktisch bedingte Einschränkung der Messobjekte auf ebene Flächen, die mit der Bestimmung des lateralen Lots verursachten hohen Messungenauigkeiten sowie der hohe Aufwand zur Auffindung des lateralen Lots sind nachteilig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung eines Lateraldistanzhandmessgerätes für beliebige sichtbar lichtrückstreuende Messpunkte. Ein weiterer Aspekt besteht in der stativfreien Bestimmung eines zwischen der Position des Lateraldistanzhandmessgerätes und zwei sichtbar lichtrückstreuenden Messpunkten ausgebildeten Innenwinkels.

Die Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im wesentlichen weist ein optisches Lateraldistanzhandmessgerät mit einer Recheneinheit, einer Ein-/Ausgabeeinheit und einem ersten, einen sichtbaren Messlaserstrahl aussendenden, Laserdistanzmessmodul ein zweites Laserdistanzmessmodul auf, welches einen zweiten sichtbaren Messlaserstrahl aussendet und mit dem ersten Laserdistanzmessmodul mechanisch über ein, vorteilhaft als verschwenkbares Schwenkgelenk ausgebildetes, Verbindungselement sowie datentechnisch gekoppelt ist und wobei ein Schwenkwinkel der Recheneinheit bekannt ist.

Mit den sichtbaren Messlaserstrahlen des ersten und des zweiten Laserdistanzmessmoduls werden auf der Oberfläche des Messobjekts die beiden oben erwähnten sichtbar lichtrückstreuenden Messpunkte erzeugt und somit die entsprechenden Positionen markiert.

Durch das zweite Laserdistanzmessmodul kann basierend auf den beiden, vom Nutzer quasisimultan händisch jeweils von je einem Laserdistanzmessmodul zu einem sichtbar lichtrückstreuenden Messpunkt gemessenen, Distanzen und dem, vom Nutzer durch das quasisimultane Anvisieren mit den beiden lichtrückstreuenden Messpunkten bestimmten, Schwenkwinkel in der Recheneinheit über trigonometrische Funktionen die laterale Distanz sowie der zwischen der Position des Handmessgeräts und den beiden lichtrückstreuenden Messpunkten ausgebildete Innenwinkel berechnet werden. Es ist dazu nicht notwendig, dass sich die beiden sichtbar lichtrückstreuenden Messpunkte auf einer ebenen Fläche befinden, vielmehr kann zwischen beiden auch freier Raum oder ein Hindernis sein.

Weitere Vorteile sind:

- Messung von Distanzen, deren Anfangs- und/oder Endpunkt unzugänglich sind
- Messung von Distanzen, die sich bis auf ihrem Anfangs- und ihrem Endpunkt im freien Raum befinden (z. B. Raumdiagonale)
- Messung von lateralen Distanzen aus der Ferne ohne zusätzliche sukzessive Ermittlung von Hilfsdistanzen
- Markierung zweier ausgezeichneter lichtrückstreuender Messpunkte auf einer Messobjektoberfläche ausgehend von einer dritten Position
- Messung von Innenwinkeln unter denen die zwei markierten lichtrückstreuenden Messpunkte von einer dritten Position aus erscheinen
- Verzicht auf ein kostenintesives und schlecht handhabbares Stativ

Vorteilhaft weist das Schwenkgelenk ein Mittel zur Erfassung des Schwenkwinkels wie einen Winkelmesser auf, wodurch eine direkte Messung des Schwenkwinkels möglich ist.

Vorteilhaft ist das Mittel zur Erfassung des Schwenkwinkels als Winkelencoder ausgebildet, wodurch der Schwenkwinkel digital zur Weiterverarbeitung durch die Recheneinheit zur Verfügung steht.

Vorteilhaft beinhaltet der Schwenkbereich des Schwenkgelenks den Schwenkwinkel von 180°, welcher weiter vorteilhaft als mechanischer Anschlag des Schwenkgelenks ausgebildet ist, wodurch in der 180°-Position zwei Teildistanzen in entgegengesetzt gerichtete Richtungen quasisimultan messbar sind, bspw. um die Höhe eines Raumes auszumessen, ohne dabei den Boden zu berühren.

Da sich die nach hinten verlängerten Messlaserstrahlen der beiden Laserdistanzmessmodule nicht notwendig in der Schwenkachse schneiden, haben die lichtrückstreuenden Messpunkte einen parallaxenabhängigen Abstand, welcher mit geometrieabhängigen Gerätekonstanten herausrechenbar ist. Vorteilhaft sind dazu in der Recheneinheit geometrieabhängige Gerätekonstanten gespeichert, die bei einer, bezüglich der Schwenkachse des Schwenkgelenks, para-axialen Anordnung einer Sendeoptik zumindest eines Laserdistanzmessmoduls eine Herausrechnung des parallaxenabhängigen Abstand ermöglichen, wodurch bei einer para-axialen Anordnung einer Optik eine exakte laterale Distanzmessung sowie eine exakte Messung des zwischen der Position des Handmessgeräts und den beiden lichtrückstreuenden Messpunkten ausgebildeten Innenwinkels möglich ist.

Vorteilhaft ist bei dem Lateraldistanzhandmessgerät das erste Laserdistanzmessmodul direkt mit dem Schwenkgelenk verbunden, an dessen messbar verschwenkbaren Schenkel eine mechanische und optional datentechnische Schnittstelle zu dem zweiten Laserdistanzmessmodul angeordnet ist, welches als, autonom zur Distanzmessung voll funktionsfähiges, Laserdistanzmessgerät ausgebildet ist, wodurch das Lateraldistanzhandmessgerät bedarfsweise vom Nutzer vor Ort aus dem Laserdistanzmessmodul mit Schwenkgelenk und einem zugeordneten Laserdistanzmessgerät zusammensetzbar ist.

Alternativ vorteilhaft weist das Lateraldistanzhandmessgerät ein Schwenkgelenk mit an jedem Schenkel angeordneten mechanischen und optional datentechnischen Schnittstellen zu je einem als, autonom zur Distanzmessung voll funktionsfähigem, Laserdistanzmessgerät ausgebildeten Laserdistanzmessmodul auf.

Alternativ vorteilhaft sind bei dem Lateraldistanzhandmessgerät an jeweils einem Schenkel des Schwenkgelenks mechanische und optional datentechnische Schnittstellen zu je einem Laserdistanzmessmodul angeordnet, welche jeweils als, autonom zur Distanzmessung voll funktionsfähige, Laserdistanzmessgeräte ausgebildet sind, wodurch das Lateraldistanzhandmessgerät bedarfsweise vom Nutzer vor Ort aus dem Schwenkgelenk und zwei zugeordneten Laserdistanzmessgeräten zusammensetzbar ist.

Vorteilhaft ist die datentechnische Schnittstelle über elektrische Steckkontakte oder über eine drahtlose Schnittstelle ausgebildet, bspw. mit magnetischen, elektromagnetischen oder infraroten Trägerfeldern.

Vorteilhaft sind bei dem Schwenkgelenk zur Verwendung bei dem Lateraldistanzhandmessgerät an jedem Schenkel mechanische und optional datentechnische Schnittstellen zu je einem Laserdistanzmessmodul angeordnet, welche jeweils als, autonom zur Distanzmessung voll funktionsfähige, Laserdistanzmessgeräte ausgebildet sind, wodurch das Schwenkgelenk ein funktionserweiterndes Zusatzteil zu Laserdistanzmessgeräten darstellt.

Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:
Fig. 1 als Lateraldistanzhandmessgerät
Fig. 2 als Nutzungsvariante
Fig. 3 als math. Modell
Nach Fig. 1 weist ein optisches Lateraldistanzhandmessgerät 1 mit einer Recheneinheit 2 und einer Ein-/Ausgabeeinheit 3 ein, einen sichtbaren Messlaserstrahl I aussendendes, als Laserdistanzmessgerät ausgebildetes Laserdistanzmessmodul 4a mit einem elektrooptischen Entfernungsmesssystem 5 auf. Das Laserdistanzmessmodul 4a ist über ein verschwenkbares Schwenkgelenk 6 mechanisch sowie datentechnisch mit einem zweiten, einen sichtbaren Messlaserstrahl II aussendenden, Laserdistanzmessmodul 4b mit einem elektrooptischen Entfernungsmesssystem 5 gekoppelt, wobei der Schwenkwinkel a zwischen den beiden Messlaserstrahlen I, II mit einem im Schwenkgelenk 6 angeordneten Winkelmesser 7 direkt gemessen wird. Die para-axiale Anordnung beider Sendeoptiken 8 der Laserdistanzmessmodule 4a, 4b bewirkt, dass die nach hinten verlängerten Messlaserstrahlen I, II der beiden Laserdistanzmessmodule 4a, 4b sich nicht in der Schwenkachse A des Schwenkgelenks 6 schneiden. Die dieser Anordnung zugeordneten geometrieabhängigen Gerätekonstanten C sind in der Recheneinheit 2 des Laserdistanzmessmoduls 4a gespeichert. Das Lateraldistanzhandmessgerät 1 weist ein Laserdistanzmessmodul 4b mit einem mit diesem verbundenen Schwenkgelenk 6 auf, an dessen messbar verschwenkbaren Schenkel eine mechanische und über elektrische Leitungen und Steckkontakte ausgeführte datentechnische Schnittstelle 9 zu einem als, autonom zur Distanzmessung voll funktionsfähigem, Laserdistanzmessgerät ausgebildeten Laserdistanzmessmodul 4a angeordnet ist.
Nach Fig. 2 weist ein Lateraldistanzhandmessgerät 1 ein Schwenkgelenk 6 mit Winkelmesser 7 und an jedem Schenkel angeordneter mechanischer Schnittstelle 9 zu je einem als, autonom zur Distanzmessung voll funktionsfähigem, Laserdistanzmessgerät ausgebildeten Laserdistanzmessmodul 4a, 4b mit je einer Recheneinheit 2, einer Ein- /Ausgabeeinheit 3 und einem Entfernungsmesssystem 5 auf. Die Schnittstellen 9 der Laserdistanzmessmodule 4a, 4b sind datentechnisch elektromagnetisch direkt miteinander verbunden. In der als mechanischer Anschlag des Schwenkgelenks 6 ausgebildeten 180°- Position des Schwenkwinkels α mit den beiden in entgegengesetzte Richtungen gerichteten Laserdistanzmessmodulen 4a, 4b sind die beiden Teildistanzen X1, X2 zu den rückstreuenden Messpunkt P₁ und P₂ quasisimultan messbar.
Die Fig. 3 zeigt ein math. Modell der Anordnung, wobei zusätzlich die Messgrössen eingezeichnet sind. Mit den Laserdistanzmessmodulen 4a, 4b werden die Distanzen D₁ und D₂ von den Referenzpunkten R₁ und R₂ zu den lichtrückstreuenden Messpunkten P₁ und P₂ gemessen. Die jeweils einen lichtrückstreuenden Messpunkt P₁ und P₂ auf der Messobjektoberfläche erzeugenden Messlaserstrahlen I, II verlaufen nicht parallel und schneiden sich nach hinten verlängert nicht in der Schwenkachse A. Der gemessene Schwenkwinkel α = α₁ + α₂ wird den beiden Verdrehwinkeln α₁ und α₂ der Laserdistanzmessmodule 4a, 4b je hälftig zugeordnet. Bei Verdrehung laufen die Referenzpunkte R₁ und R₂ über den Umfang eines Kreises, der als Drehkreis K bezeichnet wird. Der Mittelpunkt des Drehkreises K ist die Schwenkachse A. Damit aus den Verdrehwinkeln α₁ und α₂ und den Distanzen D₁ und D₂ die unbekannte laterale Distanz X berechnet werden kann, müssen zunächst die Strecken d₁ und d₂, die durch die geometrische Anordnung gegeben sind, bestimmt werden. Die Referenzpunkte R₁ und R₂ der Laserdistanzmessmodule 4a, 4b werden auf dem Drehkreis K verschoben. Mit den Gerätekonstanten R und β und den Verdrehwinkeln α₁ und α₂ lassen sich die Strecken d₁ und d₂ gemäss

ermitteln. Dabei ist R der Radius des Drehkreises K und β der Winkel, unter dem die Referenzpunkte R₁ und R₂ von der Schwenkachse A aus bei der Grundeinstellung (α₁ = 0°, α₂ = 0°) erscheinen. Mit den sich hieraus ergebenden Dreieck P₀P₁P₂ lässt sich die unbekannte laterale Distanz X nach

indirekt bestimmen. Dieser Ausdruck approximiert für den Spezialfall paralleler Messlaserstrahlen I, II (α₁ = 0° und α₂ = 0°) gegen
Der Innenwinkel γ und die Distanzen D₁' und D₂' bezüglich der Schwenkachse A lassen sich mit den gemessenen Distanzen D₁ und D₂ und den Gerätekonstanten R und β mit

bestimmen.

Claims

1. Lateraldistanzhandmessgerät mit einer Recheneinheit (2), einer Ein-/Ausgabeeinheit (3) und einem, einen sichtbaren Messlaserstrahl (I, II) aussendenden, ersten Laserdistanzmessmodul (4a, 4b), dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Laserdistanzmessmodul (4a, 4b) vorhanden ist, welches einen zweiten sichtbaren Messlaserstrahl (I, II) aussendet und mechanisch über ein Verbindungselement sowie datentechnisch mit dem ersten Laserdistanzmessmodul (4a, 4b) gekoppelt ist, und wobei die beiden Messlaserstrahlen (I, II) einen definierten, der Recheneinheit (2) bekannten, Schwenkwinkel (α) zueinander besitzen.

2. Lateraldistanzhandmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement als ein verschwenkbares Schwenkgelenk (6) ausgebildet ist und der Schwenkwinkel (a) von der Recheneinheit (2) erfassbar ist.

3. Lateraldistanzhandmessgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkgelenk (6) ein Mittel zur Erfassung des Schwenkwinkels (α) aufweist.

4. Lateraldistanzhandmessgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erfassung des Schwenkwinkel (α) des Schwenkgelenks (6) als Winkelmesser (7), optional als Winkelencoder ausgebildet ist.

5. Lateraldistanzhandmessgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkbereich des Schwenkgelenks (6) den Schwenkwinkel (α) von 180° beinhaltet und dass optional der Schwenkwinkel (α) von 180° als mechanischer Anschlag des Schwenkgelenks (6) ausgebildet ist.

6. Lateraldistanzhandmessgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Recheneinheit (2) geometrieabhängige Gerätekonstanten (C) gespeichert sind, welche bei einer, bezüglich der Schwenkachse (A) des Schwenkgelenks (6), para-axialen Anordnung einer Sendeoptik (8) zumindest eines Laserdistanzmessmoduls (4a, 4b) die Herausrechnung eines parallaxenabhängigen Abstands ermöglichen.

7. Lateraldistanzhandmessgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Laserdistanzmessmodul (4a, 4b) direkt mit dem Schwenkgelenk (6) verbunden ist, an dessen messbar verschwenkbaren Schenkel eine mechanische und optional datentechnische Schnittstelle (9) zu dem zweiten Laserdistanzmessmodul (4a, 4b) angeordnet ist, welches als, autonom zur Distanzmessung voll funktionsfähiges, Laserdistanzmessgerät ausgebildet ist.

8. Lateraldistanzhandmessgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an jeweils einem Schenkel des Schwenkgelenks (6) mechanische und optional datentechnische Schnittstellen (9) zu je einem Laserdistanzmessmodul (4a, 4b) angeordnet sind, welche jeweils als, autonom zur Distanzmessung voll funktionsfähige, Laserdistanzmessgeräte ausgebildet sind.

9. Lateraldistanzhandmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die datentechnische Schnittstelle (9) über elektrische Steckkontakte oder über eine drahtlose Schnittstelle ausgebildet ist.

10. Schwenkgelenk zur Verendung bei dem Lateraldistanzhandmessgerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Schenkel mechanische und optional datentechnische Schnittstellen (9) zu je einem Laserdistanzmessmodul (4a, 4b) angeordnet sind, welche jeweils als, autonom zur Distanzmessung voll funktionsfähige, Laserdistanzmessgeräte ausgebildet sind.