DE112007001624T5 - Handgehaltener Laserlichtdetektor mit Höhenkorrektur, unter Verwendung eines GPS-Empfängers zum Bereitstellen von zweidimensionalen Positionsdaten - Google Patents

Handgehaltener Laserlichtdetektor mit Höhenkorrektur, unter Verwendung eines GPS-Empfängers zum Bereitstellen von zweidimensionalen Positionsdaten Download PDF

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Abstract

Laserlichtempfänger (10), umfassend: ein Gehäuse; einen ersten Laserlichtphotosensor (14), der ein erstes Signal erzeugt, wenn er einen Strahl von Laserlichtenergie von einer externen Laserlichtquelle empfängt; eine Sichtanzeige (16), um anzugeben, ob der Laserlichtempfänger mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie im Wesentlichen bodengleich ist; eine Wasserwaage (12); und einen Verarbeitungsschaltkreis (40), der das erste Signal empfängt;
dadurch gekennzeichnet, dass der Laserlichtempfänger ferner folgendes umfasst: einen sichtbaren Lichtmarker (52); eine Entfernungsmessvorrichtung (50), die eine zweite Laserlichtquelle und einen zweiten Laserlichtphotosensor verwendet, wobei die Entfernungsmessvorrichtung verwendet wird, um im Wesentlichen eine erste Entfernung (18, L) zwischen dem zweiten Laserlichtphotosensor und einer vorherbestimmten externen Position zu bestimmen, wie sie von einem Benutzer des Laserlichtempfängergeräts ausgewählt wird, während er mit dem sichtbaren Lichtmarker zielt, wobei der zweite Laserlichtphotosensor ein zweites Signal erzeugt, wenn er reflektierte Laserlichtenergie von der zweiten Laserlichtquelle empfängt;
wobei der Verarbeitungsschaltkreis (40) das zweite Signal empfängt; und wobei das...

Description

  • KREUZVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung nimmt die Priorität mit Bezug auf die vorläufige Patentanmeldung Nr. 60/830,282, unter dem Titel „HANDHELD LASER LIGHT DETECTOR WITH HEIGHT CORRECTION", eingereicht am 12. Juli 2006, in Anspruch; und nimmt die Priorität mit Bezug auf die vorläufige Patentanmeldung Nr. 60/906,362, unter dem Titel „HANDHELD LASER LIGHT DETECTOR WITH HEIGHT CORRECTION, USING A GPS RECEIVER TO PROVIDE TWO-DIMENSIONAL POSITION DATA", eingereicht am 12. März 2007, in Anspruch.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Laserempfänger und betrifft insbesondere Laserempfänger von der Art, die auf Baustellen zum Messen der relativen Erhebung verwendet werden. Die Erfindung wird insbesondere als ein Laserempfänger offenbart, der eine automatische Höhenkorrekturfähigkeit umfasst, die durch eine Kombination aus einer Laserentfernungsmessvorrichtung und einem Schwerkraftsensor bzw. einer Pegelerfassungsvorrichtung erfasst werden kann. Die Erfindung wird auch als ein Laserempfänger mit einer automatischen Höhenkorrekturfähigkeit offenbart und wird ferner mit einem GPS-(globales Positionsbestimmungssystem)Empfänger kombiniert, um zweidimensionale Positionsdaten für die waagerechte Ebene zu erlangen und somit zusammen eine genauere dreidimensionale „feste" Standortbestimmung bereitzustellen.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Die Messung der relativen Erhebung ist ein wichtiges Element in nahezu allen Phasen eines Bauprojekts. Im Laufe der letzten Jahrzehnte hat sich die Verwendung von Laserbezugsebenen als eine Möglichkeit entwickelt, dieser Nachfrage nach genauen Erhebungsinformationen gerecht zu werden. Die Laserebene wird von einem Lasersender erstellt. Dazu werden diverse Verfahren verwendet, eins der geläufigsten ist jedoch ein rotierender Lichtstrahl. Der Lasersender wird typischerweise auf eine bekannte Erhebung gestellt. Die Lichtebene wird häufig eingerichtet, um mit Bezug auf die Schwerkraft auf gleicher Höhe zu sein, so dass sich alle Punkte auf der Laserebene auf derselben Erhebung befinden.
  • Um diese Laserebene zu verwenden, um die Erhebung eines Punktes zu messen, baut ein Arbeiter einen Laserempfänger auf einem Stab oder einem Griff auf. Der untere Teil des Stabs/Griffs liegt auf dem Punkt auf, dessen Erhebung gemessen wird. Der Stab/Griff muss jedoch mit Bezug auf die Schwerkraft lotrecht gehalten werden. Der Laserempfänger wird in der Ebene des Laserlichts angeordnet, so dass er eine bodengleiche Position angibt. Die relative Erhebung kann dann als die Länge des Stabs/Griffs zwischen dem gemessenen Punkt und der bodengleichen Position des Empfängers abgelesen werden. Es gibt viele verschiedene Modelle von Stäben/Griffen, um diese Aufgabe zu erleichtern. Meistens stellen sie eine einfache Höhenverstellung und eine Skala bereit, die auf einer für den Arbeiter praktischen Höhe ablesbar ist.
  • Obwohl diese Verfahren weit verbreitet sind, sind Verbesserungen durchaus möglich. Der Stab/Griff selber kann kostspielig und weniger robust sein als es die Benutzer wünschen. Um genaue Messungen vorzunehmen, ist große Sorgfalt notwendig. Einige Punkte auf einer Baustelle sind für eine Messung mit diesem Verfahren unzugänglich, so dass diese Methodik offensichtlich ihre Grenzen hat.
  • Zusätzlich zu dem zuvor Genannten ist die Verwendung von GPS-Empfängern für das Vermessungswesen und die Maschinensteuerung im Baubereich wohl bekannt. Wegen der technischen Grenzen bei GPS-Empfängern ist die senkrechte Genauigkeit jedoch mindestens doppelt (2x) so schlecht wie die Genauigkeit in der zur Erdoberfläche parallelen Ebene. Oft ist die senkrechte Dimension die wichtigste, so dass ein gewisser Anreiz besteht, dies zu verbessern.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Entsprechend ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine Laserempfängereinheit bereitzustellen, die eine Laserentfernungsmessvorrichtung zum Messen der Entfernung von einer Laserebene einer erwünschten Erhebung bis zu einem erwünschten physikalischen Zielpunkt, der an einer Baustelle zu messen ist, umfasst.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, eine Laserempfängereinheit bereitzustellen, die mit einer Schwerkraftbezugsvorrichtung kombiniert ist, so dass die Laserempfängereinheit nicht unbedingt lotrecht zu einem erwünschten Zielpunkt gehalten werden muss, wenn die relative Erhebung des Laserempfängers zwischen einem rotierenden Laserlichtstrahl und dem Zielpunkt bestimmt wird.
  • Es ist noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine Laserempfängereinheit bereitzustellen, die sowohl die Laserentfernungsmessvorrichtung als auch eine Schwerkraftbezugsvorrichtung umfasst, und auch in der Lage ist, automatisch Positionsproben des Laserempfängers mit Bezug auf einen rotierenden Laserlichtstrahl und mit Bezug auf einen erwünschten Zielpunkt auf einer Baustelle zu erlangen, und die automatisch eine senkrechte Messung vornehmen und das Ergebnis zum späteren Ablesen für einen menschlichen Benutzer speichern kann.
  • Es ist noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine Laserempfängereinheit bereitzustellen, die mit einer Höhenkorrekturvorrichtung und mit einem GPS-Empfänger kombiniert ist; der Laserempfänger kann genau die relative Erhebung zwischen einem rotierenden Laserlichtstrahl und dem Zielpunkt bestimmen, und die senkrechte Genauigkeit des Laserempfängers mit Höhenkorrektur ist größer als diejenige, die von einem GPS-Empfänger alleine erreicht werden kann, so dass das Ergebnis ein Instrument ist, das eine genauere dreidimensionale feste Standortbestimmung bereitstellt.
  • Weitere Vorteile und andere neuartige Merkmale der Erfindung sollen zum Teil in der nachstehenden Beschreibung dargelegt werden und werden zum Teil für den Fachmann nach dem Durchlesen des folgenden Textes ersichtlich werden oder können durch Umsetzen der Erfindung in die Praxis erlernt werden.
  • Um die vorherigen und andere Vorteile zu erzielen, und nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, wird ein Laserlichtempfänger bereitgestellt, der folgendes umfasst: ein Gehäuse; einen ersten Laserlichtphotosensor, der ein erstes Signal erzeugt, wenn er einen Strahl von Laserlichtenergie von einer externen Laserlichtquelle empfängt; eine Sichtanzeige, um anzugeben, ob der Laserlichtempfänger im Wesentlichen mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie bodengleich ist; einen sichtbaren Lichtmarker; eine Entfernungsmessvorrichtung, die eine zweite Laserlichtquelle und einen zweiten Laserlichtphotosensor verwendet, wobei die Entfernungsmessvorrichtung verwendet wird, um im Wesentlichen eine erste Entfernung zwischen dem zweiten Laserlichtphotosensor und einer vorherbestimmten externen Position zu bestimmen, wie sie von einem Benutzer des Laserlichtempfängergeräts ausgewählt wird, während er mit dem sichtbaren Lichtmarker zielt, wobei der zweite Laserlichtphotosensor ein zweites Signal erzeugt, wenn er reflektierte Laserlichtenergie von der zweiten Laserlichtquelle empfängt; eine Wasserwaage; und einen Verarbeitungsschaltkreis, der das erste Signal und das zweite Signal empfängt; wobei das Gehäuse, der erste Laserlichtphotosensor, die Entfernungsmessvorrichtung, die Wasserwaage, die Sichtanzeige und der Verarbeitungsschaltkreis als einheitliches Handgerät zusammengefügt sind.
  • Nach einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Laserlichtempfänger bereitgestellt, der folgendes umfasst: ein Gehäuse; einen ersten Laserlichtphotosensor, der ein erstes Signal erzeugt, wenn er einen Strahl von Laserlichtenergie von einer externen Laserlichtquelle empfängt; eine Sichtanzeige, um anzugeben, ob der Laserlichtempfänger im Wesentlichen mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie bodengleich ist; einen sichtbaren Lichtmarker; eine Entfernungsmessvorrichtung, die eine zweite Laserlichtquelle und einen zweiten Laserlichtphotosensor verwendet, wobei die Entfernungsmessvorrichtung verwendet wird, um im Wesentlichen eine erste Entfernung zwischen dem zweiten Laserlichtphotosensor und einer vorherbestimmten externen Position zu bestimmen, wie sie von einem Benutzer des Laserlichtempfängergeräts ausgewählt wird, während er mit dem sichtbaren Lichtmarker zielt, wobei der zweite Laserlichtphotosensor ein zweites Signal erzeugt, wenn er reflektierte Laserlichtenergie von der zweiten Laserlichtquelle empfängt; einen Schwerkraftsensor, der ein drittes Signal erzeugt, das im Wesentlichen eine Winkelausrichtung des Gehäuses mit Bezug auf die Schwerkraft angibt; und einen Verarbeitungsschaltkreis, der das erste Signal, das zweite Signal und das dritte Signal empfängt; wobei das Gehäuse, der erste Laserlichtphotosensor, die Entfernungsmessvorrichtung, der Schwerkraftsensor, die Sichtanzeige und der Verarbeitungsschaltkreis als einheitliches Handgerät zusammengefügt sind.
  • Nach noch einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Laserlichtempfänger bereitgestellt, der folgendes umfasst: ein Gehäuse; einen ersten Laserlichtphotosensor, der ein erstes Signal erzeugt, wenn er einen Strahl von Laserlichtenergie von einer externen Laserlichtquelle empfängt, wobei das erste Signal eine zweite Entfernung zwischen dem Strahl von Laserlichtenergie und einer bodengleichen Position des Laserlichtempfängers angibt; einen sichtbaren Lichtmarker; eine Entfernungsmessvorrichtung, die eine zweite Laserlichtquelle und einen zweiten Laserlichtphotosensor verwendet, wobei die Entfernungsmessvorrichtung verwendet wird, um im Wesentlichen eine erste Entfernung zwischen dem zweiten Laserlichtphotosensor und einer vorherbestimmten externen Position zu bestimmen, wie sie von einem Benutzer des Laserlichtempfängergeräts ausgewählt wird, während er mit dem sichtbaren Lichtmarker zielt, wobei der zweite Laserlichtphotosensor ein zweites Signal erzeugt, wenn er reflektierte Laserlichtenergie von der zweiten Laserlichtquelle empfängt; einen Schwerkraftsensor, der ein drittes Signal erzeugt, das im Wesentlichen eine Winkelausrichtung des Gehäuses mit Bezug auf die Schwerkraft angibt; eine Sichtanzeige, um eine relative Erhebung anzugeben; und einen Verarbeitungsschaltkreis, der das erste Signal, das zweite Signal und das dritte Signal empfängt; wobei das Gehäuse, der erste Laserlichtphotosensor, die Entfernungsmessvorrichtung, der Schwerkraftsensor, die Sichtanzeige und der Verarbeitungsschaltkreis als einheitliches Handgerät zusammengefügt sind.
  • Nach noch einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Laserlichtempfänger bereitgestellt, der folgendes umfasst: ein Gehäuse; einen ersten Laserlichtphotosensor, der ein erstes Signal erzeugt, wenn er einen Strahl von Laserlichtenergie von einer externen Laserlichtquelle empfängt, wobei das erste Signal eine zweite Entfernung zwischen dem Strahl von Laserlichtenergie und einer bodengleichen Position des Laserlichtempfängers angibt; einen sichtbaren Lichtmarker; eine Entfernungsmessvorrichtung, die eine zweite Laserlichtquelle und einen zweiten Laserlichtphotosensor verwendet, wobei die Entfernungsmessvorrichtung verwendet wird, um im Wesentlichen eine erste Entfernung zwischen dem zweiten Laserlichtphotosensor und einer vorherbestimmten externen Position zu bestimmen, wie sie von einem Benutzer des Laserlichtempfängergeräts ausgewählt wird, während er mit dem sichtbaren Lichtmarker zielt, wobei der zweite Laserlichtphotosensor ein zweites Signal erzeugt, wenn er reflektierte Laserlichtenergie von der zweiten Laserlichtquelle empfängt; einen GPS-(globales Positionsbestimmungssystem)Empfänger, der ein drittes Signal erzeugt, das eine Position mit Bezug auf die Erdoberfläche angibt; eine Neigungsangabevorrichtung; eine Sichtanzeige, um eine relative Erhebung zwischen der vorherbestimmten externen Position und dem Strahl von Laserlichtenergie anzugeben; und einen Verarbeitungsschaltkreis, der das erste Signal, das zweite Signal und das dritte Signal empfängt; wobei (a) das Gehäuse, der erste Laserlichtphotosensor, die Entfernungsmessvorrichtung, die Neigungsangabevorrichtung, die Sichtanzeige, der GPS-Empfänger und der Verarbeitungsschaltkreis als einheitliches Handgerät zusammengefügt sind; und (b) der Verarbeitungsschaltkreis für folgendes konfiguriert ist: (i) Verwendung des dritten Signals, um im Wesentlichen eine Position in der waagerechten Ebene mit Bezug auf die Erdoberfläche zu bestimmen; und (ii) Verwendung der ersten und zweiten Signale, um im Wesentlichen die relative Erhebung zu bestimmen, basierend auf der ersten Entfernung und der zweiten Entfernung.
  • Nach noch einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Erhebung bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Laserlichtempfängers, umfassend: ein Gehäuse, einen ersten Laserlichtphotosensor, der ein erstes Signal erzeugt, wenn er einen Strahl von Laserlichtenergie von einer externen Laserlichtquelle empfängt, eine Sichtanzeige, einen sichtbaren Lichtmarker, eine Entfernungsmessvorrichtung, die eine zweite Laserlichtquelle und einen zweiten Laserlichtphotosensor verwendet, eine Wasserwaage und einen Verarbeitungsschaltkreis; Zielen mit dem sichtbaren Lichtmarker auf eine vorherbestimmte externe Position, während das Gehäuse auf einer im Wesentlichen ebenen Ausrichtung gehalten wird, wie durch die Wasserwaage angegeben; Bestimmen im Wesentlichen einer ersten Entfernung zwischen dem zweiten Laserlichtphotosensor und der vorherbestimmten externen Position, durch die Verwendung der Entfernungsmessvorrichtung; Bestimmen im Wesentlichen einer zweiten Entfernung des Laserlichtempfängers mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie; und Bestimmen im Wesentlichen einer relativen Erhebung zwischen der vorherbestimmten externen Position und dem Strahl von Laserlichtenergie, basierend auf der ersten Entfernung und der zweiten Entfernung.
  • Nach noch einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Erhebung bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Laserlichtempfängers, umfassend: ein Gehäuse, einen ersten Laserlichtphotosensor, der ein erstes Signal erzeugt, wenn er einen Strahl von Laserlichtenergie von einer externen Laserlichtquelle empfängt, eine Sichtanzeige, einen sichtbaren Lichtmarker, eine Entfernungsmessvorrichtung, die eine zweite Laserlichtquelle und einen zweiten Laserlichtphotosensor verwendet, einen Schwerkraftsensor, der ein Neigungswinkelsignal erzeugt, das im Wesentlichen eine Winkelausrichtung des Gehäuses mit Bezug auf die Schwerkraft angibt, und einen Verarbeitungsschaltkreis; Zielen mit dem sichtbaren Lichtmarker auf eine vorherbestimmte externe Position, während das Gehäuse in einer vom Benutzer erwünschten Ausrichtung gehalten wird; Bestimmen im Wesentlichen einer ersten Entfernung zwischen dem zweiten Laserlichtphotosensor und der vorherbestimmten externen Position, durch die Verwendung der Entfernungsmessvorrichtung; Bestimmen im Wesentlichen einer zweiten Entfernung des Laserlichtempfängers mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie; und Bestimmen im Wesentlichen einer relativen Erhebung, basierend auf der ersten Entfernung und der zweiten Entfernung.
  • Noch andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann aus der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich werden, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer der besten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und gezeigt wird. Es versteht sich, dass die Erfindung verschiedene andere Ausführungsformen umfassen kann und dass ihre diversen Einzelheiten in verschiedenen offensichtlichen Gesichtspunkten geändert werden können, ohne die Erfindung zu verlassen. Entsprechend werden die Zeichnungen und die Beschreibungen als beispielhaft und nicht einschränkend angesehen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beiliegenden Zeichnungen, die in die Beschreibung integriert und Teil davon sind, veranschaulichen verschiedene Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung und den Ansprüchen dazu, die Grundlagen der Erfindung zu erläutern. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer Laserempfängereinheit, wie sie nach den Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, die von einem menschlichen Benutzer gehalten wird und einen rotierenden Strahl von Laserlicht auffängt, um eine senkrechte Entfernung bis zu einem vorherbestimmten Ziel zu bestimmen.
  • 2 eine schematische Ansicht einer Laserempfängereinheit, wie sie nach den Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, die von einem menschlichen Benutzer gehalten wird und einen rotierenden Strahl von Laserlicht auffängt, um eine senkrechte Entfernung bis zu einem vorherbestimmten Ziel zu bestimmen, wobei der Photodetektor der Laserempfängereinheit derart ausgestaltet ist, dass er nicht mit dem Laserlichtstrahl bodengleich sein muss, sondern diesen Laserlichtstrahl nur irgendwo im Empfangsbereich des Photosensors auffangen muss.
  • 3 eine schematische Ansicht einer Laserempfängereinheit, wie sie nach den Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, die von einem menschlichen Benutzer gehalten wird und einen rotierenden Strahl von Laserlicht auffängt, um eine senkrechte Entfernung bis zu einem vorherbestimmten Ziel zu bestimmen, wobei der Photodetektor der Laserempfängereinheit derart ausgestaltet ist, dass er nicht mit dem Laserlichtstrahl bodengleich sein muss, sondern diesen Laserlichtstrahl nur irgendwo im Empfangsbereich des Photosensors auffangen muss, und ferner eine Schwerkraftbezugsvorrichtung in der Laserempfängereinheit enthalten ist, damit die Empfängereinheit in einem Winkel angeordnet werden kann, der mit Bezug auf das erwünschte Ziel nicht lotrecht ist.
  • 4 eine schematische Ansicht einer Laserempfängereinheit, wie sie nach den Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, die von einem menschlichen Benutzer gehalten wird und einen rotierenden Strahl von Laserlicht auffängt, um eine senkrechte Entfernung bis zu einem vorherbestimmten Ziel zu bestimmen, wobei der Photodetektor der Laserempfängereinheit derart ausgestaltet ist, dass er nicht mit dem Laserlichtstrahl bodengleich sein muss, sondern diesen Laserlichtstrahl nur irgendwo im Empfangsbereich des Photosensors auffangen muss, und ferner eine Schwerkraftbezugsvorrichtung in der Laserempfängereinheit enthalten ist, damit die Empfängereinheit in einem Winkel angeordnet werden kann, der mit Bezug auf das erwünschte Ziel nicht lotrecht ist, und weiterhin die Empfängereinheit einen automatischen Messmodus aufweist, der es erlaubt, die Laserempfängereinheit in Positionen aufzustellen, in denen der menschliche Benutzer nicht unbedingt das Display der Empfängereinheit sehen kann.
  • 5 eine schematische Ansicht einer Laserempfängereinheit, wie sie nach den Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, die von einem menschlichen Benutzer gehalten wird und einen rotierenden Strahl von Laserlicht auffängt, um eine senkrechte Entfernung bis zu einem vorherbestimmten Ziel zu bestimmen, wobei der Photodetektor der Laserempfängereinheit derart ausgestaltet ist, dass er nicht mit dem Laserlichtstrahl bodengleich sein muss, sondern diesen Laserlichtstrahl nur irgendwo im Empfangsbereich des Photosensors auffangen muss, und ferner eine Schwerkraftbezugsvorrichtung in der Laserempfängereinheit enthalten ist, damit die Empfängereinheit in einem Winkel angeordnet werden kann, der mit Bezug auf das erwünschte Ziel nicht lotrecht ist, und weiterhin die Empfängereinheit einen automatischen Messmodus aufweist, der es erlaubt, die Laserempfängereinheit in Positionen aufzustellen, in denen der menschliche Benutzer nicht unbedingt das Display der Empfängereinheit sehen kann; ferner ist ein GPS-(globales Positionsbestimmungssystem)Empfänger enthalten, um eine Position in der Ebene zu erfassen, die parallel zur Erdoberfläche ist, und diese Informationen werden mit den senkrechten (Erhebungs-) Informationen von dem Laserempfängerschaltkreis kombiniert, um eine genauere dreidimensionale feste Standortbestimmung zu erlangen.
  • 6 ein Funktionsschema der Hauptausstattungsteile einer Laserempfängereinheit, wie sie nach den Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und bei der in 1 abgebildeten Entfernungsmessungsanwendung verwendet werden kann.
  • 7 ein Funktionsschema der Hauptausstattungsteile einer Laserempfängereinheit, wie sie nach den Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und bei der in 2 abgebildeten Entfernungsmessungsanwendung verwendet werden kann.
  • 8 ein Funktionsschema der Hauptausstattungsteile einer Laserempfängereinheit, wie sie nach den Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und bei der in 3 abgebildeten Entfernungsmessungsanwendung verwendet werden kann.
  • 9 ein Funktionsschema der Hauptausstattungsteile einer Laserempfängereinheit, wie sie nach den Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und die bei der in 4 abgebildeten Entfernungsmessungsanwendung verwendet werden kann.
  • 10 ein Funktionsschema der Hauptausstattungsteile einer Laserempfängereinheit, wie sie nach den Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und bei der in 5 abgebildeten dreidimensionalen Positionsmessungsanwendung verwendet werden kann.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Es soll nun ausführlich Bezug genommen werden auf die derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, von der ein Beispiel in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht ist, wobei die gleichen Zahlen in allen Ansichten die gleichen Elemente angeben.
  • Die vorliegende Erfindung wurde erdacht, um gewisse Mängel des nach dem obigen Allgemeinen Stand der Technik beschriebenen Verfahrens zu beheben. Die vorliegende Erfindung verwendet einen Laserentfernungsmesser (einen „LDM") als Teil einer Vorrichtung, welche die Entfernung von der Laserebene bis zu dem zu messenden Punkt misst. Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung besprochen und diese umfassen Verbesserungen, die einige der strengen Bedingungen der herkömmlichen Verfahren auflockern. Durch die Verwendung einer Empfängertechnologie, die eine genaue Messung der Position des Lasertreffers über einen großen Empfangsbereich ermöglicht, kann der Benutzer von der Notwendigkeit befreit werden, den Empfänger genau in der bodengleichen Position zu halten. Durch die Verwendung einer internen Schwerkraftreferenz kann der Benutzer von der Notwendigkeit befreit werden, den Stab und den Empfänger genau lotrecht mit Bezug auf die Schwerkraft zu halten. Durch den Einsatz eines Algorithmus zum Durchführen und Behalten von Messungen kann der Benutzer von der Auflage befreit werden, das Display sehen zu müssen, während die Messung vorgenommen wird. Jeder dieser einzelnen Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung kann alleine oder zusammen verwendet werden, um eine verbesserte Laserempfängervorrichtung bereitzustellen.
  • Es ist zu beachten, dass LDMs (Laserentfernungsmesser) bei mehreren Herstellern verfügbar gewesen sind. Es gibt z. B. das Modell HD150 von Trimble. Obwohl einige handelsübliche Systeme mit einer direkten Messung der Laufzeit arbeiten, modulieren die meisten Systeme einen Strahl von Laserlicht elektronisch und messen die relative Phase des reflektierten Lichts. Typischerweise werden Lawinen-Photodioden als Lichtsensoren verwendet, die es dem System ermöglichen, entfernte oder dunkle Objekte mühelos zu messen, ohne ein besonderes reflektierendes Ziel zu benötigen. LDM-Produkte verfügen üblicherweise über einen sichtbaren Lasermarker, um es dem Benutzer zu ermöglichen, genau zu sehen, welcher Punkt von dem System gemessen wird. (Der sichtbare Lasermarker strahlt einen farbigen Lichtstrahl aus, der vom Benutzer direkt auf das zu messende Objekt gerichtet werden kann.)
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft einen Laserempfänger, der mit einem Laserentfernungsmesser in ein einzelnes Gehäuse als einheitliche Vorrichtung integriert ist. Eine Wasserwaage ist in der Einheit enthalten, damit der Benutzer den LDM-Messstrahl mit Bezug auf die Schwerkraft einloten kann. Der Laserempfänger ist von einer herkömmlichen Art, welche die Position der Laserebene in nur einem Punkt, nämlich dem bodengleichen Punkt, genau bestimmen kann.
  • Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ähnlich wie die erste Einheit, außer dass der Laserdetektor von der Art ist, die in der US-Patentanmeldung Nr. 10/343,538 offenbart wird, welche die veröffentlichte Anmeldung US 2003/0174305 A1, jetzt US-Patent Nr. 7,110,092 ist; siehe ebenfalls z. B. einen in der PCT-Veröffentlichung WO 2006/048007 A1 offenbarten Laserdetektor. Die Laserlichtabtastvorrichtung wird von den Erfindern manchmal als „Stabsensor" bezeichnet, wobei ein stabförmiger Kunststoff- oder Glaslichtleiter verwendet wird und Photosensoren an den Stabenden bereitgestellt werden. Diese Art von Empfänger ermöglicht eine genaue Messung an einem beliebigen Punkt in dessen effektiven Photozellenbereich, der ein Bereich von 12,7 cm (fünf Zoll) oder mehr sein kann.
  • Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ähnlich wie die zweite Einheit, außer dass sie eine sichtbare Wasserwaage durch eine elektronische Schwerkraftreferenz ersetzt. Diese Schwerkraftreferenz wird an den Hauptpositionsprozessor angeschlossen, damit er die Außerlotbedingungen rechnerisch ausgleichen kann.
  • Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ähnlich wie die dritte Einheit, außer dass sie einen Schalter integriert und einen Software-Algorithmus umfasst, der es dem Benutzer erlaubt, die Einheit in einen Modus zu versetzen, in dem sie weiter Messungen vornimmt (als periodische Proben), solange bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Zu diesen Bedingungen können folgende gehören: (1) die Schwerkraftreferenz ist innerhalb einer vorherbestimmten Toleranz stabil; und (2) der Laserempfänger empfängt Lasertreffer in Zeitabständen, die innerhalb einer vorherbestimmten „Zeitfenster"-Toleranz liegen. Wenn die Bedingungen nicht mehr erfüllt sind, wird die letzte gültige Ablesung behalten und kann vom Benutzer verwendet werden, um eine relative Erhebung zu bestimmen.
  • Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ähnlich wie die vierte Einheit, außer dass sie einen GPS-Empfänger integriert, der an sich eine dreidimensionale feste Standortbestimmung bereitstellen kann. Bei GPS-Empfängern ist die senkrechte Dimension (Erhebung bzw. Höhe) jedoch viel ungenauer als die Dimensionen der waagerechten Ebene (Länge und Breite), und der Laserempfängerschaltkreis stellt eine viel genauere senkrechte Position bereit als es mit dem GPS-Empfänger alleine möglich ist. Daher stellt die fünfte Ausführungsform dreidimensionale Positionsinformationen bereit, die in allen Richtungen relativ genau sind, unter Verwendung eines Positionssteuergeräts und einer Steuersoftware, welche die Längen- und Breitendaten vom GPS-Empfänger erlangt, die Erhebungs-/Höhendaten jedoch von der Laserempfängerschaltung (statt vom GPS-Empfänger) erlangt.
  • Mit Bezug auf die Zeichnungen zeigt 1 schematisch eine mögliche Verwendung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Benutzer 5 hält eine Laserempfängereinheit 10 in der Senderlaserebene 22 in der bodengleichen Position (angegeben durch eine Sichtanzeige 16) und beobachtet auch die Blase einer Wasserwaage 12, um sicherzustellen, dass das Gehäuse 10 der Einheit lotrecht ist. Schließlich beobachtet der Benutzer auch einen „Marker-" Laserstrahl 18 auf dem Boden, um sicher zu sein, dass er auf das gewünschte gemessene Objekt 30 (bzw. „Ziel") abzielt. Die Messung erfolgt per Knopfdruck (z. B. unter Verwendung eines kleinen Druckknopfschalters 32). Noch typischer würde der Benutzer den Laserempfänger an einem Stab anbringen, damit er leichter gerade zu halten ist. Bezugsnummer 20 stellt einen Lasersender dar, der die Lichtebene erzeugt. Die rotierende Laserlichtebene 22 trifft auf ein Array von Photosensoren 14, die typischerweise Photodioden sind.
  • 2 zeigt schematisch einen Benutzer 5, der die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betätigt. Diese Anordnung ist der in 1 dargestellten recht ähnlich, außer dass die Laserlichtebene 22 (von einem rotierenden Lasersender 20 ausgegeben) die Laserempfängereinheit 100 nicht an der bodengleichen Position kreuzt. Mit dieser Art von Laserempfänger braucht der Benutzer nur den Sensorabschnitt der Laserempfängereinheit an einer beliebigen Stelle in dem rotierenden Laserstrahl zu erreichen. Der Empfänger 100 kann eine andere Art von Photosensor 114 verwenden, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden soll. Das Gehäuse der Laserempfängereinheit wird jedoch immer noch lotrecht gehalten (unter Verwendung einer Wasserwaage 12), und der Markierungslaser 18 muss auf das Ziel 30 fallen. Die Messung erfolgt per Knopfdruck (z. B. unter Verwendung eines kleinen Druckknopfschalters 32).
  • 3 zeigt schematisch einen Benutzer, der die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betätigt. Bei dieser Ausführungsform gibt es keine sichtbare Wasserwaage auf dem Gehäuse. Deren Aufgabe wird von einer internen Schwerkraftbezugsvorrichtung 246 übernommen. Deshalb kann der Benutzer 5 die Laserempfängereinheit 200 im Verhältnis zum Lot in einem Winkel „A" halten und dennoch genaue Ergebnisse für die relative Erhebung erhalten. Die Messung erfolgt per Knopfdruck (z. B. unter Verwendung eines kleinen Druckknopfschalters 32).
  • Im Gebrauch drückt der Benutzer 5 auf eine Bedienungstaste 32 (oder einen kleinen Druckknopfschalter 32), wenn der Markierungslaserstrahl 18 richtig auf das gewünschte Ziel 30 gerichtet ist. Dann erfasst der Schwerkraftbezugssensor 246 den Winkel A im Verhältnis zur Senkrechten (d. h. den Lotwinkel), und die senkrechte Entfernung „L" kann automatisch durch das Signal der Laserentfernungsmessvorrichtung 50 an den Positionsprozessor 240 (wenn der Winkel A bekannt ist) bestimmt werden.
  • Im Laserempfänger 200 kann der Photodetektor 114 entweder beispielsweise ein Array von Photozellen sein oder besonders bevorzugt einer der Stabsensoren, was nachstehend ausführlicher beschrieben werden soll. Dies ermöglicht es dem Benutzer, die Laserempfängervorrichtung 200 in einer Position zu halten, die nicht unbedingt in der bodengleichen Position ist, sondern stattdessen muss der rotierende Laserlichtstrahl 22 nur den Photodetektor 114 an einer beliebigen Stelle innerhalb seiner Sensorpositionsmöglichkeiten kreuzen.
  • 4 zeigt schematisch den Benutzer, der die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betätigt. Bei dieser Ausführungsform kann die Laserempfängereinheit 300 über dem Kopf des Benutzers gehalten werden, eventuell außer Reichweite und außer Sichtweite. Die Einheit nimmt automatisch wiederholte Messungen vor, während der Benutzer den Markierungslaser 18 auf das zu messende Objekt 30 richtet. Es ist zu beachten, dass der Benutzer 5 bei diesem Beispiel ein Objekt messen könnte, das über herkömmliche Techniken unzugänglich wäre, wobei der Blickzugang zum Laserempfänger z. B. durch einen Vorsprung blockiert ist. Der Benutzer 5 hört auf eine akustische Rückmeldung, die über eine piezoelektrische Vorrichtung 60 auf dem Gehäuse der Laserempfängereinheit 300 abgegeben wird, während die Messungen durchgeführt werden, und während der Benutzer den Markierungslaserstrahl 18 auf das gewünschte Ziel 30 richtet. Sobald der Benutzer 5 eine „richtige" Messung erzielt hat, kann die Laserempfängereinheit 300 aus der Laserlichtebene 22 entfernt werden, und der Benutzer 5 kann dann die relative Erhebungsmessung ablesen, die nun auf einem Digitalanzeiger 316 angezeigt wird.
  • Wenn die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die im Allgemeinen mit der Bezugsnummer 300 bezeichnet ist, muss der Benutzer 5 nicht unbedingt den wirklichen Empfänger 300 oder einen bestimmten Abschnitt des Displays 316 sehen können. Zudem kann ein Spezialgriff 350 am Gehäuse der Empfängereinheit 300 angebracht sein, um es dem Benutzer 5 zu erlauben, die Empfängereinheit 300 auf eine noch größere Erhebung über seinem Kopf zu verlängern, oder um es dem Benutzer zu erlauben, die Empfängereinheit 300 an einem Ort aufzustellen, an dem sie ansonsten wegen anderer Behinderungen schwer zu erreichen wäre. Da eine Schwerkraftbezugsvorrichtung 246 und eine Laserentfernungmessvorrichtung 50 in der Empfängereinheit 300 enthalten sind, kann der Benutzer auf jeden Fall automatisch die senkrechte Entfernung „K" der Empfängereinheit 300 bestimmen, wenn diese die Laserlichtebene 22 kreuzt, die von dem rotierenden Lasersender 20 erzeugt wird. Dieser Messmodus kann „vollautomatisch" erfolgen, was nachstehend ausführlicher besprochen werden soll.
  • 5 basiert im Allgemeinen auf dem in 4 veranschaulichten Schaltkreismodell. Es wird jedoch ein GPS-(globales Positionsbestimmungssystem)Schaltkreis zum Bereitstellen von Breiten- und Längeninformationen hinzugefügt. Die GPS-Schaltkreise sind natürlich in der Lage, auch Informationen über die dritte Dimension, also Erhebung/Meereshöhe, bereitzustellen, und im Baubereich ist die Verwendung von GPS-Fähigkeiten für Vermessungswesen und Maschinensteuerung wohl bekannt. Wegen der technischen Grenzen bei GPS-Empfängern ist die senkrechte Genauigkeit jedoch mindestens doppelt (2x) so schlecht wie die Genauigkeit in der zur Erdoberfläche parallelen Ebene. Bei Bauarbeiten ist die senkrechte Dimension oft die wichtigste.
  • In 4 wurde ein spezieller Prozessorschaltkreis 340 (siehe 9) für die Laserempfängerposition verwendet, um die Position auf einem Laserempfänger 300, der eine Laserebene kreuzt, genau zu messen. Indem auch der Winkel des Stabs/Griffs 350 mit Bezug auf die Schwerkraft gemessen wird, kann die Höhe eines beliebigen Punktes mit Millimetergenauigkeit festgestellt werden. In 5 wird diese Fähigkeit mit einem GPS-Empfänger 460 kombiniert (siehe 10), um die Laserempfängereinheit 400 der fünften Ausführungsform zu schaffen, und unter Verwendung der GPS-Ausgangsdaten kann ein Punkt im Raum in einer beliebigen waagerechten Dimension bis auf einige Zentimeter und in der senkrechten Richtung bis auf einige Millimeter genau lokalisiert werden. Der Positionsprozessorschaltkreis 440 des Laserempfängers (siehe 10) verwendet die berichtigten Erhebungsdaten, die durch die Kombination aus Photodetektor 114, Schwerkraftbezugsvorrichtung 246 und Laserentfernungsmessvorrichtung 50 bereitgestellt werden; und er verwendet auch die Informationen der „waagerechten Ebene", die vom GPS- Empfänger 460 bereitgestellt werden, so dass er nun in der Lage ist, seine Position in allen drei Dimensionen zu bestimmen.
  • Eine Vermessungsanwendung kann z. B. die dreidimensionalen Positionsinformationen direkt verwenden, um Koordinaten zu speichern, die dem Standort diverser Objekte entsprechen. Eine Bauanwendung kann diese Informationen vorteilhaft verwenden, um Nutzobjekte, wie etwa einen Parkplatz, hervorzubringen oder zu konstruieren. Die meisten Benutzer sehen stagnierendes Wasser auf Parkplätzen als Ärgernis an, so dass der Entwurf eines Parkplatzes versuchen sollte, dieses Problem zu minimieren. Eine Strategie besteht darin, Ableitungskanäle in Abständen bereitzustellen. In der Nähe des Ableitungskanals neigen sich alle Seiten des Parkplatzes über eine bestimmte Entfernung hinweg diesem Ableitungskanal zu, bis der Mittelpunkt zum nächsten Ableitungskanal erreicht ist. Wenn nämlich herkömmliche Mittel verwendet werden, wird ein sehr erfahrener Bediener benötigt, um ein solches Profil hervorzubringen, und viele Parkplätze erreichen dieses Ideal nicht. Wenn es jedoch möglich wäre, die Erdbaumaschine, welche die Grundlage für einen derartigen Parkplatz vorbereitet, im dreidimensionalen Raum zu steuern, wäre es leicht, einen derartigen Parkplatz hervorzubringen. Der Bediener wäre in der Lage, einfach über das betreffende Baugebiet zu fahren und die Schaufel könnte gesteuert werden, um sich automatisch derart zu bewegen, dass das erwünschte Ergebnis hervorgebracht wird.
  • Der Laserempfänger 400 könnte beispielsweise als „Wandler" verwendet werden, um die dreidimensionalen Informationen dem Steuersystem bereitzustellen, um die Schaufel automatisch zu positionieren. Ist der Parkplatz um einen Zentimeter größer oder kleiner, so spielt das kaum eine Rolle. Die Wasserableitung hängt jedoch oft in kritischer Art und Weise davon ab, dass die senkrechte Dimension bis auf eine millimetergenaue erwünschte Toleranz gesteuert wird. Und da die Neigung für die Ableitung so gering ist (d. h. der Winkel der geneigten Oberfläche ist im Vergleich zu der waagerechten Ebene klein), führt ein geringfügiger Fehler der waagerechten Position nur zu sehr kleinen senkrechten Fehlern. Somit sollten die Messeigenschaften des Laserempfängers 400 den praktischen Anforderungen für einen dreidimensionalen Positionswandler, der bei dieser Art von Bauanwendungen zu verwenden ist, recht gut gerecht werden.
  • 6 stellt die Hauptbestandteile der elektronischen Ausstattung als Funktionsschema für die erste Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung dar. Das Photodiodenarray 14 bringt ein oder mehrere Signale hervor, die verstärkt und an einen Positionsprozessor 40 (z. B. einen Mikroprozessor oder eine andere Art von Rechenvorrichtung) geliefert werden. Eine Laserentfernungsmess-(LDM)Vorrichtung 50 mit ihrem zugeordneten sichtbaren Markierungslaser 52 ist ebenfalls an den Positionsprozessor 40 angeschlossen.
  • Es ist zu beachten, dass die Verstärker 42 und 44 verwendet werden, um zwei verschiedene „Kanäle" von elektrischen Signalen zu erstellen, die von dem Photodetektorarray 14 empfangen werden. Die von dem Photodetektorarray 14 hervorgebrachten Signale können auf viele verschiedene Arten aufbereitet und verstärkt werden, um diverse vorteilhafte Effekte bei einem Laserempfängerprodukt zu erzielen. In der Vergangenheit wurden viele verschiedene Arten von Verstärkerschaltkreisen für Laserempfänger verwendet, um Signale zu erstellen, die an eine Positionsprozessorvorrichtung gerichtet werden können, wie etwa an den Positionsprozessor 40 in der vorliegenden Erfindung. Es gibt zahlreiche Beispiele von verschiedenen Arten von Verstärkerschaltkreisen, zu denen diejenigen gehören, die von Apache Technologies, Inc. aus Dayton, Ohio, patentiert wurden. Eine Liste dieser Patenteigenschaften ist nachstehend enthalten, und diese Patenteigenschaften sind hiermit zur Information inbegriffen.
  • Der Positionsprozessor 40 empfängt auch Eingaben von einer Bedienertastatur 32. Unter Verwendung dieser Informationen steuert der Positionsprozessor eine akustische Ausgabevorrichtung 60 (z. B. einen piezoelektrischen Lautsprecher) und ein Display an. Die akustische Ausgabevorrichtung teilt dem Bediener mit, ob der Detektor über dem Boden, unter dem Boden oder bodengleich ist. Die akustische Ausgabevorrichtung macht auch ein bestimmtes Geräusch, wenn eine Laserentfernungsmessung richtig ausgeführt wird, und die Erhebungsanzeige 16 zeigt die gemessene Entfernung. Es ist auch eine Wasserwaage 12 enthalten, um dem Bediener als Sichtanzeige zu dienen, ob die Vorrichtung lotrecht ist.
  • Die Wasserwaage 12 ist eine sichtbare Ausstattungsvorrichtung und hat keine elektrischen Ein- oder Ausgänge. Deshalb ist sie im Funktionsschema von 6 abgebildet, aber es gibt keine Signalanschlüsse zu oder von der Wasserwaage.
  • 7 stellt die Hauptbestandteile der elektronischen Ausstattung als Funktionsschema für die zweite Ausführungsform 100 der vorliegenden Erfindung dar. Bei dieser Ausführungsform könnte ein speziell angeschlossenes Photodiodenarray 114 vorhanden sein, oder es könnte kein Photodioden-„Array” als solches aber stattdessen ein „Stabsensor" 114 bereitgestellt werden. Ein bevorzugter Laserlicht-„Stabsensor” ist eine besondere Art von Laserlichtsensor, die in der Lage ist, die Position des Strahlauftreffens genau zu messen, und zwar an einer beliebigen Stelle in einem effektiven Erfassungsbereich des Sensors, der typischerweise mehr als 10 cm (4 Zoll) in der senkrechten Entfernung beträgt. Ein Beispiel dieser Art von Stabsensor-Laserlichtsensor wird in der veröffentlichten Anmeldung US 2003/0174305 A1 (jetzt US-Patent Nr. 7,110,092 ) offenbart; siehe ebenfalls PCT-Veröffentlichung 2006/048007 A1 . Der Stabsensor 114 bringt ein oder mehrere Signale hervor, die (von Verstärkern 42 und 44) verstärkt und an einen Positionsprozessor 140 geliefert werden. Eine Laserentfernungsmess-(LDM)Vorrichtung 50 mit ihrem zugeordneten sichtbaren Markierungslaser 52 ist ebenfalls an den Positionsprozessor 140 angeschlossen.
  • Der Positionsprozessor 140 kombiniert Daten von der Stabsensorvorrichtung 114 und dem Laserentfernungsmesser 50, um die Erhebung des Zielpunkts zu berechnen. Der Positionsprozessor empfängt auch Eingaben von einer Bedienertastatur 32. Unter Verwendung dieser Informationen steuert der Positionsprozessor eine akustische Ausgabevorrichtung 60 (z. B. einen piezoelektrischen Lautsprecher) und ein Erhebungsdisplay 116 an. Die akustische Ausgabevorrichtung 60 informiert den Bediener, ob der Detektor über dem Boden, unter dem Boden oder bodengleich ist. Sie macht auch ein bestimmtes Geräusch, wenn eine Laserentfernungsmessung richtig ausgeführt wird, und das Display 116 zeigt die gemessene Entfernung. Es ist auch eine Wasserwaage 12 enthalten, um dem Bediener als Sichtanzeige zu dienen, ob die Vorrichtung lotrecht ist.
  • 8 stellt die Hauptbestandteile der elektronischen Ausstattung als Funktionsschema für die dritte Ausführungsform 200 der vorliegenden Erfindung dar. Bei dieser Ausführungsform kann wieder der oben besprochene „Stabsensor" 114 bereitgestellt werden, der eine besondere Art von Laserlichtsensor ist, der in der Lage ist, die Position des Strahls an einer beliebigen Stelle in seinem effektiven Bereich, der typischerweise mehr als 10 cm (4 Zoll) in der senkrechten Entfernung beträgt, genau zu messen. (Siehe die veröffentliche Anmeldung US 2003/0174305 A1 (jetzt US-Patent Nr. 7,110,092 ) sowie die PCT-Veröffentlichung WO 2006/048007 A1 .) Der Stabsensor 114 bringt ein oder mehrere Signale hervor, die (von Verstärkern 42 und 44) verstärkt und an einen Positionsprozessor 240 geliefert werden.
  • Eine Laserentfernungsmess-(LDM)Vorrichtung 50 mit ihrem zugeordneten sichtbaren Markierungslaser 52 ist ebenfalls an den Positionsprozessor 240 angeschlossen.
  • Ein Schwerkraftbezugssensor 246 nimmt Messungen vor, die verwendet werden können, um den Winkel der Vorrichtung mit Bezug auf die Schwerkraft automatisch zu berechnen – Anmerkung: es handelt sich um den Winkel „A" in 3. Der Positionsprozessor 240 kombiniert Daten aus dem Photodiodenarray 114 (bzw. dem Stabsensor), dem Laserentfernungsmesser 50 und dem Schwerkraftbezugssensor 246, um die Erhebung des Zielpunkts zu berechnen, eine Entfernung „L" in 3. Der Positionsprozessor 240 empfängt auch Eingaben von einer Bedienertastatur 32. Unter Verwendung dieser Informationen steuert der Positionsprozessor 240 eine akustische Ausgabevorrichtung 60 (z. B. einen piezoelektrischen Lautsprecher) und ein Display 216 an. Die akustische Ausgabevorrichtung 60 teilt dem Bediener mit, ob der Detektor über dem Boden, unter dem Boden oder bodengleich ist. Die akustische Ausgabevorrichtung macht auch ein bestimmtes Geräusch, wenn eine Laserentfernungsmessung richtig ausgeführt wird, und das Erhebungsdisplay 216 zeigt die gemessene Entfernung (L).
  • 9 stellt die Hauptbestandteile der elektronischen Ausstattung als Funktionsschema für die vierte Ausführungsform 300 der vorliegenden Erfindung dar. Bei dieser Ausführungsform kann wieder der oben besprochene „Stabsensor" 114 bereitgestellt werden, der eine besondere Art von Laserlichtsensor ist, der in der Lage ist, die Position des Strahls an einer beliebigen Stelle in seinem effektiven Bereich genau zu messen, der typischerweise mehr als 10 cm (4 Zoll) in der senkrechten Entfernung beträgt. (Siehe die veröffentliche Anmeldung US 2003/0174305 A1 (jetzt US-Patent Nr. 7,110,092 ) sowie die PCT-Veröffentlichung WO 2006/048007 A1 .) Der Stabsensor 114 bringt ein oder mehrere Signale hervor, die (von Verstärkern 42 und 44) verstärkt und an einen Positionsprozessor 340 geliefert werden.
  • Eine Laserentfernungsmess-(LDM)Vorrichtung 50 mit ihrem zugeordneten sichtbaren Markierungslaser 52 ist ebenfalls an den Positionsprozessor 340 angeschlossen. Ein Schwerkraftbezugssensor 246 nimmt Messungen vor, die verwendet werden können, um den Winkel der Vorrichtung (nämlich den Winkel „B" in 4) mit Bezug auf die Schwerkraft zu berechnen. Der Positionsprozessor 340 kombiniert Daten aus der Stabsensorvorrichtung 114 (bzw. einem Photodiodenarray), dem Laserentfernungsmesser 50 und dem Schwerkraftbezugssensor 246, um die Erhebung des Zielpunkts zu berechnen. Der Positionsprozessor empfängt auch Eingaben von einer Bedienertastatur 32. Unter Verwendung dieser Informationen steuert der Positionsprozessor eine akustische Ausgabevorrichtung 60 (z. B. einen piezoelektrischen Lautsprecher) und ein Display an. Die akustische Ausgabevorrichtung 60 teilt dem Bediener 5 mit, ob der Detektor über dem Boden, unter dem Boden oder bodengleich ist. Sie macht auch ein bestimmtes Geräusch, wenn eine Laserentfernungsmessung richtig ausgeführt wird, und das Erhebungsdisplay 316 zeigt die gemessene Entfernung (nämlich die Entfernung „K" in 4).
  • Zusätzlich zu dem zuvor Genannten kann bei dieser vierten Ausführungsform eine Spezialtaste 332 (bzw. eine Tastenfolge unter Verwendung der Tastatur 32) verwendet werden, um die Empfängereinheit 300 in einen automatischen Messmodus zu versetzen, so dass wiederholte Messungen in vorgegebenen Abständen vorgenommen (bzw. „abgetastet") werden, jedes Mal wenn bestimmte vorherbestimmte Bedingungen erfüllt sind. Bei diesen Bedingungen kann es sich z. B. darum handeln, dass der Schwerkraftbezugssensor 246 stabil ist und der Empfänger sich in der Laserpegelebene 22 des Senders befindet. Sobald der Benutzer das oben erwähnte „bestimmte Geräusch" hört, weiß er, dass „eine richtige Abtastung" von der Empfängereinheit 300 vorgenommen wurde, und er kann dann den Empfänger 300 aus der Laserebene 22 wegbewegen. Dadurch wird der vorherige Zustand, der darin bestand, sich unter „bestimmten vorherbestimmten Bedingungen" zu befinden, beendet, und die Laserempfängereinheit 300 hört automatisch auf, neue Abtastungen vorzunehmen, und wird nun die letzte Abtastung „speichern" und diesen Wert auf der Digitalanzeige 316 für den Benutzer 5 anzeigen.
  • 10 bildet die gleiche Art von Laserempfängerschaltkreis ab, wie sie in 9 beschrieben wurde, unter Hinzufügung eines GPS-Empfängerschaltkreises 460, der eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, die allgemein mit der Bezugsnummer 400 bezeichnet wird. Der Laserempfängerschaltkreis 340 aus 9 kann eine betreffende Erhebung millimetergenau bestimmen, während ein GPS-Empfänger in der senkrechten Dimension (d. h. senkrecht zur Erdoberfläche) bei weitem nicht so genau ist. Andererseits ist ein GPS-Empfänger typischerweise mindestens zweimal so genau bei der Bestimmung einer waagerechten Position (nämlich einem Punkt in der Ebene, der zur Erdoberfläche parallel ist) als bei der Bestimmung der senkrechten Position. Daher wird eine Kombination aus dem Laserempfängerschaltkreis 340 aus 9 und einem GPS-Empfänger ein genaueres Instrument zum Bestimmen dreidimensionaler Positionen bereitstellen.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung könnte der GPS-Empfänger 460 aus 10 eine selbstständige Einheit sein, die ein elektronisches Ausgangssignal aufweist, das Positionsinformationen für drei Dimensionen (3D) umfasst und die 3D-Daten an ein anderes Instrument ausgibt; oder weiter bevorzugt könnte es sich um ein Modul handeln, das ausgelegt ist, um eine unmittelbare Schnittstelle mit dem integrierten Schaltkreischip eines Mikroprozessors bzw. eines Mikrocontrollers zu bilden, wobei das dreidimensionale Positionsdatensignal von dem GPS-Empfängermodul 460 an einem Schaltkreispfad 462 entlang geleitet wird. Der Positionsprozessor 440 verwendet die waagerechten Positionsinformationen (z. B. Breite und Länge), die er von dem Schaltkreispfad 462 empfangen hat, ignoriert jedoch die vom GPS-Empfänger 460 gesendeten Höhen-(Erhebung/Meereshöhe) Informationen. Stattdessen funktioniert der Positionsprozessor 440, indem er eine Software ablaufen lässt, welche die Erhebungsinformationen verwendet, die von dem Photodetektor 114, der Laserentfernungsmessvorrichtung 50 und der Schwerkraftbezugsvorrichtung 246 bestimmt wurden. Das Ergebnis ist eine genauere senkrechte Position, und diese Kombination von Informationen erstellt eine dreidimensionale feste Standortbestimmung, die auf einer Baustelle wie oben besprochen zu verschiedenen Zwecken verwendet werden kann.
  • Es ist zu beachten, dass der in 10 dargestellte GPS-Empfänger auch zusammen mit den anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, z. B. mit den in 6, 7 oder 8 dargestellten Ausführungsformen. Derartige alternative Ausführungsformen würden natürlich im Vergleich mit der Ausführungsform aus 10 gewisse Einschränkungen aufweisen, es wäre jedoch möglich, eine dreidimensionale feste Standortbestimmung zu erlangen, die eine genauere senkrechte Komponente aufweist als diejenige, die man von einem GPS-Empfänger alleine erhalten kann.
  • Die in den Ansprüchen verwendete Terminologie umfasst die folgenden Ausdrücke, welche die folgenden Bedeutungen haben, ohne darauf eingeschränkt zu sein:
    • (a) Die „erste Entfernung" bezieht sich auf die Entfernung, die von der LDM-Einheit bestimmt wird (unter Verwendung ihres sichtbaren Lichtmarkers/Laserpunktstrahlers), wie etwa die Entfernung 18 in 1 oder 3. Diese erste Entfernung geht bevorzugt nur in die senkrechte Richtung, unter Verwendung einer Neigungsvorrichtung, um eine Winkelneigung anzugeben oder zu korrigieren. Die „Neigungsvorrichtung" könnte eine mechanische Vorrichtung, wie etwa eine Wasserwaage, sein, oder es könnte sich um eine automatische Sensorvorrichtung, wie etwa einen Schwerkraftsensor, handeln. Bei den Ausführungsformen, die einen Schwerkraftsensor verwenden und somit einen automatischen Ausgleich für eine Winkelneigung haben können, wird die erste Entfernung typischerweise durch ein anderes (Winkel-) Signal „korrigiert", das vom Schwerkraftsensor abgeleitet wird, so dass die korrigierte erste Entfernung nur die senkrechte Komponente der wirklichen Entfernung darstellt, die von der LDM gemessen wird (wie etwa die Entfernung „L" in 3). Es ist jedoch zu beachten, dass es eine inhärente zusätzliche kleine Entfernung gäbe, die in den ersten Entfernungswert „integriert" ist, um die senkrechte Entfernung zwischen dem Boden des Gehäuses (wo sich die LDM typischerweise befinden würde) und der „bodengleichen Position" der Photodetektoren, welche die Laserlichtstrahlen auffangen, darzustellen. Diese zusätzliche, integrierte, kleine Entfernung könnte von dem Ausgangssignal des Schwerkraftsensors (falls ein Schwerkraftsensor Teil des Laserempfängers ist) automatisch korrigiert (ausgeglichen) werden, so dass nur die senkrechte Komponente der zusätzlichen, integrierten, kleinen Entfernung für diese erste Entfernungsberechnung verwendet wird.
    • (b) Die „zweite Entfernung" bezieht sich auf die wirkliche (senkrechte) Entfernung zwischen der „bodengleichen Position" des Laserempfängers (angenommen der Laserempfänger befindet sich derzeit nicht in der „bodengleichen Position") und der Ebene des rotierenden Laserlichts. Wenn sich der Laserempfänger z. B. derzeit in der bodengleichen Position befindet, dann wäre die zweite Entfernung gleich Null. Bei einem wirklichen Laserempfänger wäre die zweite Entfernung typischerweise eine relativ kurze Entfernung, die nicht größer ist als die wirkliche Länge (oder Höhe) des in den Laserempfänger eingebauten Photodetektors. Diese zweite Entfernung könnte auch für eine nicht senkrechte Ausrichtung des Gehäuses automatisch korrigiert (ausgeglichen) werden, wenn eine Ablesung erfolgt, falls das Gehäuse auch einen Schwerkraftsensor enthält.
    • (c) Der „relative Standort" bezieht sich auf die derzeitige Position des Laserempfängers mit Bezug auf die Ebene des rotierenden Laserlichts. Typischerweise werden diese Informationen als „bodengleich", „über dem Boden" oder „unter dem Boden" angeführt. Begriffsmäßig handelt es sich um den gleichen physikalischen Parameter wie die oben erwähnte „zweite Entfernung", der relative Standort stellt jedoch z. B. nicht unbedingt die wirkliche Entfernung zwischen einer Position über dem Boden und der Laserebene bereit (oder versucht, diese zu bestimmen). Stattdessen wird dieser Parameter manchmal (oder häufig) auf dem Display zahlreicher handelsüblicher Laserempfänger nur als ein Zustand über oder unter dem Boden dargestellt, aber das Ausmaß (d. h. die wirkliche Entfernung) von „über" bzw. „unter" ist nicht unbedingt bekannt.
    • (d) Die „relative Erhebung" kann sich auf mehr als einen Parameter beziehen. Im Allgemeinen ist die relative Erhebung die senkrechte Entfernung zwischen der externen Position (der Stelle, wo der sichtbare Lichtmarker der LDM „gemalt" ist) und der Ebene des rotierenden Laserlichts. Diese relative Erhebung könnte jedoch andere Bedeutungen haben, falls erwünscht, wie z. B. die Erhebung der externen Position mit Bezug auf den Meeresspiegel, oder die Erhebung über dem Meeresspiegel des Gehäuses des Laserempfängers, oder die differentielle Erhebung des Gehäuses des Laserempfängers mit Bezug auf die oben angegebene „externe Position", oder die differentielle Erhebung des Gehäuses des Laserempfängers mit Bezug auf die oben angegebene Ebene des rotierenden Laserlichts. Wenn die relative Erhebung mit Bezug auf den Meeresspiegel angezeigt werden soll, dann muss die Meeresspiegelerhebung der externen Laserlichtquelle (z. B. eines rotierenden Laserstrahls, der eine Laserlichtebene erstellt) bekannt sein, und diese Informationen müssten auch an die Laserempfängereinheit übertragen werden bzw. darin programmiert sein. Eventuell könnten diese Informationen bezüglich der Meeresspiegelerhebung stattdessen unter Verwendung eines GPS-Empfängers bestimmt werden, der in die Laserempfängereinheit eingebaut ist, aber diese Informationen zur senkrechten Position (bzw. Meereshöhe) des GPS wären jedoch weniger genau als die Fähigkeiten zur Erhebungsbestimmung des „normalen" Laserempfängers.
  • Es versteht sich, dass ein Array aus Photodioden und Verstärkereinheiten zusammen mit einem entsprechenden „speziellen" Positionsprozessor anstatt des Stabsensors 114, der mit Bezug auf die obigen zweiten, dritten und vierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besprochen wurde, verwendet werden kann, ohne die Grundlagen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Diese „speziellen" Vorrichtungen würden es den Laserempfängereinheiten 100, 200 oder 300 ermöglichen, den rotierenden Laserlichtstrahl 22 an anderen Bodenpositionen als bodengleich aufzufangen und dennoch erfolgreich zu funktionieren.
  • Es versteht sich ebenfalls, dass die logischen Operationen, die in Verbindung mit den Verarbeitungsschaltkreisen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, unter Verwendung einer sequentiellen Logik durchgeführt werden können, wie etwa unter Verwendung einer Mikroprozessortechnologie oder unter Verwendung einer logischen Zustandsmaschine oder vielleicht über eine diskrete Logik; sie könnten sogar unter Verwendung paralleler Prozessoren durchgeführt werden. Eine Ausführungsform kann einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller verwenden, um Softwareanweisungen auszuführen, die in Speicherzellen innerhalb eines ASICs gespeichert sind. In der Tat könnte bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der ganze Mikroprozessor oder ein Mikrocontroller, zusammen mit einem RAM oder einem Anwendungs-ROM, eventuell in einem einzigen ASIC enthalten sein. Es könnten natürlich andere Schaltkreisarten verwendet werden, um diese logischen Operationen, die in den Zeichnungen abgebildet sind, auszuführen, ohne die Grundlagen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Es könnten diverse Arten von Schaltkreisen für Laserempfängerverstärker und Empfindlichkeit in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, von denen viele bereits patentiert sind, und von denen einige jetzt anhängige Patentanmeldungen haben. Beispiele derartiger Patente und Anmeldungen umfassen die an Apache Technologies, Inc. aus Dayton, Ohio, übertragenen US-Patente, umfassenend das US-Patent Nr. 7,012,237 , für „Modulated Laser Light Detector"; das US-Patent Nr. 6,133,991 , für „Multi-segment Composite Photocell Device"; das US-Patent Nr. 5,486,690 , für „Method and Apparatus for Detecting Laser Light"; das US-Patent Nr. 5,471,049 für „Light Detecting Apparatus Having Low Noise Automatic Gain Control Circuit"; und das US-Patent Nr. 5,343,033 , für „Method and Apparatus for Detecting Laser Light Having a Plurality of Pulse Integrator and Automatic Gain Control Circuits". Hinzu kommen die an Apache Technologies, Inc. aus Dayton, Ohio, übertragenen US-Patentanmeldungen, umfassend die US-Patentanmeldung Nr. 11/082,041, eingereicht am 16. März 2005; unter dem Titel „Modulated Laser Light Detector With Improved Range"; die US-Patentanmeldung Nr. 11/303,488, eingereicht am 16. Dezember 2005; unter dem Titel „Modulated Laser Light Detector With More Efficient Beam Detection Algorithm"; die US-Patentanmeldung Nr. 10/343,538, eingereicht am 31. Januar 2003; unter dem Titel „Measuring Device And Measuring Method For Determining Distance And/Or Position"; und die US-Patentanmeldung Nr. 11/414,383, eingereicht am 28. April 2006; unter dem Titel „Modulated Laser Light Detector With Discrete Fourier Transform Algorithm".
  • Alle unter dem allgemeinen Stand der Technik und der ausführlichen Beschreibung der Erfindung erwähnten Druckschriften sind hiermit zur Informationen mit den betreffenden Teilen integriert; die Tatsache, dass eine Druckschrift erwähnt wird, ist nicht als ein Zugeständnis zu verstehen, dass es sich dabei um den vorveröffentlichten Stand der Technik mit Bezug auf die vorliegende Erfindung handelt.
  • Die obige Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt. Sie ist nicht dazu gedacht, vollständig zu sein, oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form zu beschränken. Alle hier beschriebenen oder veranschaulichten Beispiele sind als nicht einschränkende Beispiele gedacht, und zahlreiche Änderungen oder Variationen der Beispiele oder des bzw. der bevorzugten Ausführungsform(en) sind im Hinblick auf die obigen Lehren möglich, ohne Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Ausführungsform(en) wurde(n) gewählt und beschrieben, um die Grundlagen der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu veranschaulichen, um es somit dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit diversen Änderungen zu verwenden, wie sie sich für besondere in Betracht gezogene Nutzungen eignen. Es wird beabsichtigt, mit den beiliegenden Ansprüchen alle Änderungen und Modifikationen, die zum Umfang der vorliegenden Erfindung gehören, abzudecken.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es wird ein Laserlichtempfänger mit einer integrierten Vorrichtung zur Laserentfernungsmessung (LDM) bereitgestellt, um die Entfernung von einer Laserebene einer erwünschten Erhebung zu einem erwünschten physikalischen Zielpunkt, der an einer Baustelle gemessen werden soll, zu messen. Der Laserempfänger kann mit einer Schwerkraftbezugsvorrichtung kombiniert werden, so dass der Laserempfänger nicht unbedingt lotrecht zu einem erwünschten Zielpunkt gehalten werden muss, wenn die relative Erhebung des Laserempfängers zwischen einem rotierenden Laserlichtstrahl und dem Zielpunkt bestimmt wird; er kann auch mehrere Positionsabtastungen erfassen und automatisch eine senkrechte Messung vornehmen und das Ergebnis zum späteren Auslesen speichern. Der Laserempfänger kann ferner mit einem GPS-Empfänger kombiniert werden, um Breiten- und Längendaten zu erlangen, und dann damit zusammen als dreidimensionaler Wandler wirken, der in der senkrechten Richtung genauer ist als es ein GPS-Empfänger alleine sein kann.
  • 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
    • - US 7110092 [0034, 0053, 0055, 0058]
    • - WO 2006/048007 A1 [0034, 0053, 0055, 0058]
    • - US 7012237 [0067]
    • - US 6133991 [0067]
    • - US 5486690 [0067]
    • - US 5471049 [0067]
    • - US 5343033 [0067]

Claims (25)

  1. Laserlichtempfänger (10), umfassend: ein Gehäuse; einen ersten Laserlichtphotosensor (14), der ein erstes Signal erzeugt, wenn er einen Strahl von Laserlichtenergie von einer externen Laserlichtquelle empfängt; eine Sichtanzeige (16), um anzugeben, ob der Laserlichtempfänger mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie im Wesentlichen bodengleich ist; eine Wasserwaage (12); und einen Verarbeitungsschaltkreis (40), der das erste Signal empfängt; dadurch gekennzeichnet, dass der Laserlichtempfänger ferner folgendes umfasst: einen sichtbaren Lichtmarker (52); eine Entfernungsmessvorrichtung (50), die eine zweite Laserlichtquelle und einen zweiten Laserlichtphotosensor verwendet, wobei die Entfernungsmessvorrichtung verwendet wird, um im Wesentlichen eine erste Entfernung (18, L) zwischen dem zweiten Laserlichtphotosensor und einer vorherbestimmten externen Position zu bestimmen, wie sie von einem Benutzer des Laserlichtempfängergeräts ausgewählt wird, während er mit dem sichtbaren Lichtmarker zielt, wobei der zweite Laserlichtphotosensor ein zweites Signal erzeugt, wenn er reflektierte Laserlichtenergie von der zweiten Laserlichtquelle empfängt; wobei der Verarbeitungsschaltkreis (40) das zweite Signal empfängt; und wobei das Gehäuse, der erste Laserlichtphotosensor, die Entfernungsmessvorrichtung, die Wasserwaage, die Sichtanzeige und der Verarbeitungsschaltkreis als einheitliches Handgerät (10) zusammengebaut sind.
  2. Laserlichtempfänger nach Anspruch 1, wobei der Verarbeitungsschaltkreis (40) für folgendes konfiguriert ist: (a) im Wesentlichen Bestimmen eines relativen Standorts des Laserlichtempfängers mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie, und wenn der relative Standort bodengleich ist, Ausgeben eines dritten Signals an die Sichtanzeige; (b) im Wesentlichen Bestimmen einer korrigierten ersten Entfernung, basierend auf dem zweiten Signal und einer inhärenten Entfernung, die durch die Position des Bauteils im Gehäuse bedingt ist; und (c) im Wesentlichen Bestimmen einer relativen Erhebung (L) zwischen der vorherbestimmten externen Position und dem Strahl von Laserlichtenergie, basierend auf der korrigierten ersten Entfernung, wenn der relative Standort im Wesentlichen bodengleich ist, und wenn der Laserlichtempfänger im Wesentlichen eben ist.
  3. Laserlichtempfänger nach Anspruch 2, wobei die Wasserwaage (12) visuell vom Benutzer abgelesen wird, damit der Laserlichtempfänger in einer Ausrichtung gehalten werden kann, die im Wesentlichen eben ist, während der Verarbeitungsschaltkreis die relative Erhebung bestimmt.
  4. Laserlichtempfänger nach Anspruch 2, ferner umfassend eine akustische Ausgabevorrichtung (60); wobei, wenn der relative Standort im Wesentlichen bodengleich ist, der Verarbeitungsschaltkreis ferner konfiguriert ist, um ein viertes Signal auszugeben, das die Erzeugung eines hörbaren Tons durch die akustische Ausgabevorrichtung veranlasst.
  5. Laserlichtempfänger nach Anspruch 1, wobei das erste Signal, das von dem ersten Laserlichtphotosensor erzeugt wird, ausreichende Informationen umfasst, die es dem Verarbeitungsschaltkreis (140) ermöglichen, im Wesentlichen eine zweite Entfernung zwischen dem Strahl von Laserlichtenergie und einer derzeitigen Position des Laserlichtempfängers (100) zu bestimmen.
  6. Laserlichtempfänger nach Anspruch 5, wobei der erste Laserlichtphotosensor (14) eines von folgenden Elementen umfasst: (a) eine Vielzahl von Photodetektorelementen, die jeweils einzeln ein Signal einer ersten Vielzahl von elektrischen Signalen ausgeben, wenn sie von dem Strahl von Laserlichtenergie getroffen werden, wobei die erste Vielzahl von elektrischen Signalen von dem Verarbeitungsschaltkreis verwendet wird, um im Wesentlichen die zweite Entfernung zu bestimmen; und (b) einen Stabsensor, umfassend einen länglichen Lichtpfad mit zwei Enden und zwei Photodetektorelementen, wobei eines der Photodetektorelemente an jedem der beiden Enden des Lichtpfads angeordnet ist, wobei die Photodetektorelemente jeweils individuell ein Signal einer zweiten Vielzahl von elektrischen Signalen ausgeben, wobei der Strahl von Laserlichtenergie den Stabsensor an einer Stelle entlang dem länglichen Lichtpfad trifft, und die zweite Vielzahl von elektrischen Signalen von dem Verarbeitungsschaltkreis verwendet wird, um im Wesentlichen die zweite Entfernung zu bestimmen.
  7. Laserlichtempfänger nach Anspruch 5, wobei der Verarbeitungsschaltkreis (140) ferner für folgendes konfiguriert ist: (a) im Wesentlichen Bestimmen eines relativen Standorts des Laserlichtempfängers mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie, und Ausgeben eines dritten Signals an die Sichtanzeige (116); (b) im Wesentlichen Bestimmen einer korrigierten ersten Entfernung, basierend auf dem zweiten Signal und einer inhärenten Entfernung, die durch die Position des Bauteils im Gehäuse bedingt ist; und (c) im Wesentlichen Bestimmen einer relativen Erhebung zwischen der vorherbestimmten externen Position und dem Strahl von Laserlichtenergie, basierend auf der korrigierten ersten Entfernung und der zweiten Entfernung, und wenn der Laserlichtempfänger im Wesentlichen eben ist.
  8. Laserlichtempfänger nach Anspruch 7, wobei die Wasserwaage (12) visuell vom Benutzer abgelesen wird, damit der Laserlichtempfänger in einer Ausrichtung gehalten werden kann, die im Wesentlichen eben ist, während der Verarbeitungsschaltkreis die relative Erhebung bestimmt.
  9. Laserlichtempfänger (200), umfassend: ein Gehäuse; einen ersten Laserlichtphotosensor (114), der ein erstes Signal erzeugt, wenn er einen Strahl von Laserlichtenergie von einer externen Laserlichtquelle empfängt; eine Sichtanzeige (216), um anzugeben, ob der Laserlichtempfänger mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie im Wesentlichen bodengleich ist; einen Schwerkraftsensor (246), der ein drittes Signal erzeugt, das im Wesentlichen eine Winkelausrichtung des Gehäuses mit Bezug auf die Schwerkraft angibt; und einen Verarbeitungsschaltkreis (240), der das erste Signal und das dritte Signal empfängt; dadurch gekennzeichnet, dass der Laserlichtempfänger ferner folgendes umfasst: einen sichtbaren Lichtmarker (52); eine Entfernungsmessvorrichtung (50), die eine zweite Laserlichtquelle und einen zweiten Laserlichtphotosensor verwendet, wobei die Entfernungsmessvorrichtung verwendet wird, um im Wesentlichen eine erste Entfernung (18, L) zwischen dem zweiten Laserlichtphotosensor und einer vorherbestimmten externen Position zu bestimmen, wie sie von einem Benutzer des Laserlichtempfängergeräts ausgewählt wird, während er mit dem sichtbaren Lichtmarker zielt, wobei der zweite Laserlichtphotosensor ein zweites Signal erzeugt, wenn er reflektierte Laserlichtenergie von der zweiten Laserlichtquelle empfängt; wobei der Verarbeitungsschaltkreis (240) das zweite Signal empfängt; und wobei das Gehäuse, der erste Laserlichtphotosensor, die Entfernungsmessvorrichtung, der Schwerkraftsensor, die Sichtanzeige und der Verarbeitungsschaltkreis als einheitliches Handgerät (200) zusammengebaut sind.
  10. Laserlichtempfänger nach Anspruch 9, wobei der Verarbeitungsschaltkreis (240) für folgendes konfiguriert ist: (a) im Wesentlichen Bestimmen eines relativen Standorts des Laserlichtempfängers mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie, und wenn der relative Standort bodengleich ist, Ausgeben eines vierten Signals an die Sichtanzeige; (b) im Wesentlichen Bestimmen einer korrigierten ersten Entfernung, basierend auf dem zweiten Signal, einer inhärenten Entfernung, die durch die Position des Bauteils im Gehäuse bedingt ist, und auf dem dritten Signal, um die Winkelausrichtung des Gehäuses mit Bezug auf die Schwerkraft auszugleichen; und (c) im Wesentlichen Bestimmen einer relativen Erhebung (L) zwischen der vorherbestimmten externen Position und dem Strahl von Laserlichtenergie, basierend auf der korrigierten ersten Entfernung und der zweiten Entfernung, wenn der relative Standort im Wesentlichen bodengleich ist.
  11. Laserlichtempfänger (200), umfassend: ein Gehäuse; einen ersten Laserlichtphotosensor (114), der ein erstes Signal erzeugt, wenn er einen Strahl von Laserlichtenergie von einer externen Laserlichtquelle empfängt, wobei das erste Signal eine zweite Entfernung zwischen dem Strahl von Laserlichtenergie und einer bodengleichen Position des Laserlichtempfängers angibt; einen Schwerkraftsensor (246), der ein drittes Signal erzeugt, das im Wesentlichen eine Winkelausrichtung des Gehäuses mit Bezug auf die Schwerkraft angibt; und einen Verarbeitungsschaltkreis (240), der das erste Signal und das dritte Signal empfängt; dadurch gekennzeichnet, dass der Laserlichtempfänger ferner folgendes umfasst: einen sichtbaren Lichtmarker (52); eine Entfernungsmessvorrichtung (50), die eine zweite Laserlichtquelle und einen zweiten Laserlichtphotosensor verwendet, wobei die Entfernungsmessvorrichtung verwendet wird, um im Wesentlichen eine erste Entfernung (18) zwischen dem zweiten Laserlichtphotosensor und einer vorherbestimmten externen Position zu bestimmen, wie sie von einem Benutzer des Laserlichtempfängergeräts ausgewählt wird, während er mit dem sichtbaren Lichtmarker zielt, wobei der zweite Laserlichtphotosensor ein zweites Signal erzeugt, wenn er reflektierte Laserlichtenergie von der zweiten Laserlichtquelle empfängt; wobei der Verarbeitungsschaltkreis (240) das zweite Signal empfängt und eine Sichtanzeige (216) steuert, um eine relative Erhebung (L) anzugeben; und wobei das Gehäuse, der erste Laserlichtphotosensor, die Entfernungsmessvorrichtung, der Schwerkraftsensor, die Sichtanzeige und der Verarbeitungsschaltkreis als einheitliches Handgerät (200) zusammengebaut sind.
  12. Laserlichtempfänger nach Anspruch 11, wobei der Verarbeitungsschaltkreis (240) für folgendes konfiguriert ist: (a) im Wesentlichen Bestimmen der zweiten Entfernung, basierend auf dem ersten Signal; (b) im Wesentlichen Bestimmen einer korrigierten ersten Entfernung, basierend auf dem zweiten Signal, einer inhärenten Entfernung, die durch die Position des Bauteils im Gehäuse bedingt ist, und auf dem dritten Signal, um die Winkelausrichtung des Gehäuses mit Bezug auf die Schwerkraft auszugleichen; (c) im Wesentlichen Bestimmen einer relativen Erhebung (L), die eine senkrechte Entfernung zwischen der vorherbestimmten externen Position und dem Strahl von Laserlichtenergie ist, basierend auf der korrigierten ersten Entfernung und der zweiten Entfernung; und (d) Ausgeben eines vierten Signals an die Sichtanzeige (216), um die relative Erhebung anzuzeigen.
  13. Laserlichtempfänger nach Anspruch 11, wobei der Verarbeitungsschaltkreis (240) für folgendes konfiguriert ist: (a) im Wesentlichen Bestimmen der zweiten Entfernung, basierend auf dem ersten Signal; (b) im Wesentlichen Bestimmen einer korrigierten ersten Entfernung, basierend auf dem zweiten Signal, einer inhärenten Entfernung, die durch die Position des Bauteils im Gehäuse bedingt ist, und auf dem dritten Signal, um die Winkelausrichtung des Gehäuses mit Bezug auf die Schwerkraft auszugleichen; (c) im Wesentlichen Bestimmen der relativen Entfernung auf der korrigierten ersten Entfernung und der zweiten Entfernung; und (d) Ausgeben eines vierten Signals an die Sichtanzeige, um die relative Erhebung anzuzeigen; wobei die relative Erhebung als einer der folgenden Begriffe angezeigt wird: (e) Erhebung der vorherbestimmten externen Position mit Bezug auf den Meeresspiegel; (f) Erhebung der des Gehäuses mit Bezug auf den Meeresspiegel; (g) Erhebung des Gehäuses mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie; und (h) Erhebung des Gehäuses mit Bezug auf die vorherbestimmte externe Position.
  14. Laserlichtempfänger nach Anspruch 12, ferner umfassend eine Eingabesteuervorrichtung (332), die von einem Benutzer betätigt werden kann, der den Laserlichtempfänger in einen automatischen Messmodus versetzt, so dass der Verarbeitungsschaltkreis (340) ferner konfiguriert ist, um im Wesentlichen die relative Erhebung auf einer wiederholten Basis zu bestimmen, und wenn vorherbestimmte Bedingungen auftreten, um in einem Speicherschaltkreis mindestens einen Wert der relativen Erhebung zu speichern.
  15. Laserlichtempfänger (300) nach Anspruch 14, wobei der mindestens eine gespeicherte Wert der relativen Erhebung auf der Sichtanzeige (316) angezeigt wird.
  16. Laserlichtempfänger (300) nach Anspruch 14, ferner umfassend eine akustische Ausgabevorrichtung (60), die ein hörbares Signal erzeugt, wenn die vorherbestimmten Bedingungen auftreten, und nachdem mindestens ein Wert der relativen Erhebung in dem Speicherschaltkreis gespeichert worden ist.
  17. Laserlichtempfänger (400), umfassend: ein Gehäuse; einen ersten Laserlichtphotosensor (114), der ein erstes Signal erzeugt, wenn er einen Strahl von Laserlichtenergie von einer externen Laserlichtquelle empfängt, wobei das erste Signal eine zweite Entfernung zwischen dem Strahl von Laserlichtenergie und einer bodengleichen Position des Laserlichtempfängers angibt; eine Neigungsangabevorrichtung (12, 246); und einen Verarbeitungsschaltkreis (440), der das erste Signal und das dritte Signal empfängt; dadurch gekennzeichnet, dass der Laserlichtempfänger ferner folgendes umfasst: einen sichtbaren Lichtmarker (52); eine Entfernungsmessvorrichtung (50), die eine zweite Laserlichtquelle und einen zweiten Laserlichtphotosensor verwendet, wobei die Entfernungsmessvorrichtung verwendet wird, um im Wesentlichen eine erste Entfernung zwischen dem zweiten Laserlichtphotosensor und einer vorherbestimmten externen Position zu bestimmen, wie sie von einem Benutzer des Laserlichtempfängergeräts ausgewählt wird, während er mit dem sichtbaren Lichtmarker zielt, wobei der zweite Laserlichtphotosensor ein zweites Signal erzeugt, wenn er reflektierte Laserlichtenergie von der zweiten Laserlichtquelle empfängt; einen GPS-(globales Positionsbestimmungssystem)Empfänger (460), der ein drittes Signal erzeugt, das eine Position mit Bezug auf die Erdoberfläche angibt; und eine Sichtanzeige (316), um eine relative Erhebung zwischen der vorherbestimmten externen Position und dem Strahl von Laserlichtenergie anzugeben; wobei der Verarbeitungsschaltkreis (440) das zweite Signal empfängt; und wobei: (a) das Gehäuse, der erste Laserlichtphotosensor, die Entfernungsmessvorrichtung, die Neigungsangabevorrichtung, die Sichtanzeige, der GPS-Empfänger und der Verarbeitungsschaltkreis als einheitliches Handgerät zusammengefügt sind; und (b) der Verarbeitungsschaltkreis (440) für folgendes konfiguriert ist: (i) Verwenden des dritten Signals, um im Wesentlichen eine Position in der waagerechten Ebene mit Bezug auf die Erdoberfläche zu bestimmen; und (ii) Verwenden der ersten und zweiten Signale, um im Wesentlichen die relative Erhebung (K) zu bestimmen, basierend auf der ersten Entfernung und der zweiten Entfernung.
  18. Laserlichtempfänger nach Anspruch 17, wobei die relative Erhebung (K), die auf den ersten und zweiten Signalen basiert, eine größere Genauigkeit aufweist als eine feste Erhebungsstandortsbestimmung, die auf dem dritten, von dem GPS-Empfänger erzeugten Signal basiert.
  19. Laserlichtempfänger nach Anspruch 17, wobei: (a) die Neigungsangabevorrichtung eine Wasserwaage (12) umfasst; oder (b) die Neigungsangabevorrichtung einen Schwerkraftsensor (246) umfasst, der ein viertes Signal erzeugt, das im Wesentlichen eine Winkelausrichtung des Gehäuses mit Bezug auf die Schwerkraft angibt, und wobei der Verarbeitungsschaltkreis das vierte Signal empfängt und es verwendet, um die Winkelausrichtung des Gehäuses mit Bezug auf die Schwerkraft auszugleichen; oder (c) die Sichtanzeige (316) angibt, ob der Laserlichtempfänger eines der folgenden Elemente ist: (i) im Wesentlichen bodengleich mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie; (ii) über dem Boden mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie; und (iii) unter dem Boden mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie; oder (d) der erste Laserlichtphotosensor (114) eines der folgenden Elemente umfasst: (i) eine Vielzahl von Photodetektorelementen, die jeweils einzeln eine erste Vielzahl von elektrischen Signalen ausgeben, wenn sie von dem Strahl von Laserlichtenergie getroffen werden, wobei die erste Vielzahl von elektrischen Signalen von dem Verarbeitungsschaltkreis verwendet wird, um im Wesentlichen die zweite Entfernung zu bestimmen; und (ii) einen Stabsensor, umfassend einen länglichen Lichtpfad mit zwei Enden und zwei Photodetektorelemente, wobei eines der Photodetektorelemente an jedem der beiden Enden des Lichtpfads angeordnet ist, wobei die Photodetektorelemente jeweils individuell ein Signal einer zweiten Vielzahl von elektrischen Signalen ausgeben, wobei der Strahl von Laserlichtenergie den Stabsensor an einer Stelle entlang dem länglichen Lichtpfad trifft, und die zweite Vielzahl von elektrischen Signalen von dem Verarbeitungsschaltkreis verwendet wird, um im Wesentlichen die zweite Entfernung zu bestimmen.
  20. Verfahren zum Bestimmen einer Erhebung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Laserlichtempfängers (10), umfassend: ein Gehäuse, einen ersten Laserlichtphotosensor (14), der ein ersten Signal erzeugt, wenn er einen Strahl von Laserlichtenergie von einer externen Laserlichtquelle empfängt, eine Sichtanzeige (16), eine Wasserwaage (12) und einen Verarbeitungsschaltkreis (40); dadurch gekennzeichnet, dass: der Laserlichtempfänger ferner folgendes umfasst: einen sichtbaren Lichtmarker (52), eine Entfernungsmessvorrichtung (50), die eine zweite Laserlichtquelle verwendet, und einen zweiten Laserlichtphotosensor, Zielen mit dem sichtbaren Lichtmarker auf eine vorherbestimmte externe Position, während das Gehäuse (10) in einer im Wesentlichen ebenen Ausrichtung gehalten wird, wie durch die Wasserwaage angegeben; Bestimmen im Wesentlichen einer ersten Entfernung (18) zwischen dem zweiten Laserlichtphotosensor und der vorherbestimmten externen Position unter Verwendung der Entfernungsmessvorrichtung; Bestimmen im Wesentlichen einer zweiten Entfernung des Laserlichtempfängers mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie; und Bestimmen im Wesentlichen einer relativen Erhebung (L) zwischen der vorherbestimmten externen Position und dem Strahl von Laserlichtenergie, basierend auf der ersten Entfernung und der zweiten Entfernung.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend folgenden Schritt: (a) Erzeugen eines hörbaren Tons durch eine akustische Ausgabevorrichtung (60), wenn das Gehäuse bodengleich ist; oder (b) automatisches Bestimmen der relativen Erhebung, auch wenn das Gehäuse nicht bodengleich ist.
  22. Verfahren zum Bestimmen einer Erhebung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Laserlichtempfängers (200, 300), umfassend: ein Gehäuse, einen ersten Laserlichtphotosensor (114), der ein erstes Signal erzeugt, wenn er einen Strahl von Laserlichtenergie von einer externen Laserlichtquelle empfängt, eine Sichtanzeige (216, 316), einen Schwerkraftsensor (246), der ein Neigungswinkelsignal erzeugt, das im Wesentlichen eine Winkelausrichtung des Gehäuses mit Bezug auf die Schwerkraft angibt, und einen Verarbeitungsschaltkreis (240, 340); dadurch gekennzeichnet, dass: der Laserlichtempfänger ferner folgendes umfasst: einen sichtbaren Lichtmarker (52), eine Entfernungsmessvorrichtung (50), die eine zweite Laserlichtquelle und einen zweiten Laserlichtphotosensor verwendet, Zielen mit dem sichtbaren Lichtmarker auf eine vorherbestimmte externe Position, während das Gehäuse in einer vom Benutzer gewünschten Ausrichtung gehalten wird; Bestimmen im Wesentlichen einer ersten Entfernung zwischen dem zweiten Laserlichtphotosensor und der vorherbestimmten externen Position unter Verwendung der Entfernungsmessvorrichtung; Bestimmen im Wesentlichen einer zweiten Entfernung des Laserlichtempfängers mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie; und Bestimmen im Wesentlichen einer relativen Erhebung (L), basierend auf der ersten Entfernung und der zweiten Entfernung.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, ferner umfassend folgenden Schritt: (a) automatisches Bestimmen der relativen Erhebung, auch wenn das Gehäuse (300) nicht bodengleich ist; oder (b) automatisches Bestimmen der relativen Erhebung, auch wenn das Gehäuse (300) nicht ausgerichtet ist, um eben zu sein, durch: (i) Bestimmen im Wesentlichen einer korrigierten zweiten Entfernung unter Verwendung des Neigungswinkelsignals; und (ii) Bestimmen im Wesentlichen einer korrigierten ersten Entfernung unter Verwendung des Neigungswinkelsignals und einer inhärenten Entfernung, die durch die Position des Bauteils im Gehäuse bedingt ist; oder (c) Anzeigen der relativen Erhebung auf der Sichtanzeige (216, 316).
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die relative Erhebung als senkrechte Erhebung zwischen dem Strahl von Laserlichtenergie und der vorherbestimmten externen Position angezeigt wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die relative Erhebung als einer der folgenden Begriffe angezeigt wird: (a) Erhebung der vorherbestimmten externen Position mit Bezug auf den Meeresspiegel; (b) Erhebung des Gehäuses mit Bezug auf den Meeresspiegel; (c) Erhebung des Gehäuses mit Bezug auf den Strahl von Laserlichtenergie; und (d) Erhebung des Gehäuses mit Bezug auf die vorherbestimmte externe Position.
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