DE19619082A1

DE19619082A1 - Locating method for plumb line family through middle point on axis of spirit level

Info

Publication number: DE19619082A1
Application number: DE1996119082
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Ing Dickfeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 1997-11-20

Abstract

The locating method includes the use of two microphones (4, 5) arranged at the spirit level (3) with the same preferential direction, at both sides at an equal distance from the measurement plane (10). The microphones are connected with an electronic evaluation circuit (8). The time displacement of their output signals to each other, with the impingement of a pref. spherically shaped sound pressure front, is used for determining the relative position of a pref. point shaped sound pressure source (11) to the measurement plane (10).

Description

STATE OF THE ART

Zum Errichten von Rechten Winkeln und von Lotrechten im Bau- und Ausbaugewerbe sowie zur Überprüfung von waagerechten und geneigten Flächen ist die professionelle Wasserwaage ein gebräuchliches Hilfsmittel, welches jedoch bei größeren Abständen mit unhandlichen Richtlatten kombiniert, an Praktikabilität einbüßt.For the establishment of right angles and verticals in the construction and finishing trade as well The professional spirit level is for checking horizontal and inclined surfaces a common tool, but with larger distances with unwieldy Straightening battens combined, less practicality.

Die Kombination der Wasserwaage mit Laserstrahlern Umlenkprismen und Visiertafeln (Druckschrift DE 37 01 514) erweitert zwar die Anwendbarkeit, jedoch mit dem Nachteil zusätzlicher Stative, Drehvorrichtungen und einer schlechten Sichtbarkeit des Laserstrahles bei Sonnenlicht. Spezielle Brillen erhöhen zwar etwas die Erkennbarkeit, letzlich helfen nur spezielle elektronische Laserlichtempfänger, die besonders bei Rotationslasern zur Anwendung kommen. Diese Systeme sind ihrer schlechten Handhabbarkeit wegen nicht wie eine Wasserwaage ständig griffbereit in der Werkzeugtasche eines jeden Bauarbeiters zu finden. In der Druckschrift DE 40 33 630 wird ein Erdlot mit Lichtstrahlen zur Bestimmung von Senkrechten und Waagerechten vorgeschlagen. Zum Ausrichten von Schnüren im Winkel von 90 Grad dient ein Gerät, das in der Druckschrift DE 195 33 865 beschrieben wird. Ein Sensor zur Bestimmung von Neigungen und Winkeln mittels eines Laserpeilstrahles wird in der Druckschrift DE 43 32 848 erläutert.The combination of the spirit level with laser emitters, deflection prisms and sighting panels (Publication DE 37 01 514) extends the applicability, but with the disadvantage additional tripods, rotating devices and poor visibility of the laser beam Sunlight. Special glasses increase the visibility, but ultimately only help special electronic laser light receivers, which are particularly useful for rotating lasers come. Because of their poor manageability, these systems are not like one Spirit level always at hand in the tool bag of every construction worker. In the document DE 40 33 630 an earth solder with light rays for the determination of Vertical and horizontal proposed. For aligning cords at an angle 90 degrees serves a device that is described in the publication DE 195 33 865. On Sensor for determining inclinations and angles by means of a laser beam is shown in the publication DE 43 32 848 explained.

Ein mechanisches Winkelmeßgerät mit einer Noniusteilung auf den Schenkeln für einen Zimmermann weist die Druckschrift DE 43 09 345 aus. Ebensolche mit Digitalanzeige sind bekannt. In der Druckschrift DE 42 44 622 wird ein Gelenk-Winkelmesser in Form einer Dreieckkonstruktion vorgestellt.A mechanical angle measuring device with a vernier graduation on the legs for one Zimmermann identifies the document DE 43 09 345. The same are with digital display known. In the document DE 42 44 622 a joint protractor in the form of a Triangular construction presented.

Für größere Entfernungen wird ein Lasertheodolit in der Druckschrift DE 44 06 914 vorgeschlagen, der sowohl eine um 180 Grad kippbare Laserrotationsebene als auch einen zusätzlichen Lotstrahl aufweist.For longer distances, a laser theodolite is described in DE 44 06 914 proposed that both a 180 degree tiltable laser rotation plane and one has additional solder beam.

DISADVANTAGES OF THE PRIOR ART

Allen recherchierten Lösungen mangelt es an Praktikabilität oder universeller Anwendbarkeit.All researched solutions lack practicability or universal applicability.

OBJECT OF THE INVENTION

Die technische Aufgabenstellung besteht darin, vorzugsweise eine Wasserwaage ohne Einbuße an Handlichkeit mit Zusatzfunktionen zum Aufriß von Lotrechten und Rechten Winkeln, gleichermaßen zum Abstecken von geneigten, ebenen Flächen und Raumwinkeln auszurüsten. The technical task is preferably a spirit level without Loss of maneuverability with additional functions for opening verticals and rights Angles, equally for setting out inclined, flat surfaces and solid angles equip.

SOLUTION TO THE TASK

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem an jedem Ende einer professionellen Wasserwaage ein Mikrofon mit seiner akustischen Vorzugsrichtung lotrecht zur Achse der Wasserwaage angeordnet wird und über eine elektronische Auswerteeinheit zwei Leuchtdioden als Anzeigeelemente in der Weise aufleuchten, indem bei gleichzeitigem Eintreffen einer vorzugsweise kugelförmigen Schalldruckfront an den Mikrofonen beide Leuchtdioden, bei früherem Eintreffen nur entsprechend eine aufleuchtet. Durch iterative Ortsveränderung einer vorzugsweise punktförmigen Schalldruckquelle relativ zur Lotebene zwischen beiden Mikrofonen kann nach wenigen Schallereignissen ein Punkt auf der Lotebene bestimmt werden. Als Schallquelle eignen sich je nach Entfernung zum Beispiel handelsübliche Knallfrösche, Zündplättchenpistolen, Knallgassender oder Funkenentladungen.According to the invention the object is achieved by one at each end professional spirit level a microphone with its acoustic preferred direction perpendicular is arranged to the axis of the spirit level and two via an electronic evaluation unit Light-emitting diodes as display elements light up in such a way by at the same time Arrival of a preferably spherical sound pressure front on the microphones both Light-emitting diodes, if one arrives earlier, only one lights up accordingly. Through iterative Change in location of a preferably punctiform sound pressure source relative to the plumb plane After a few sound events, there can be a point on the plumb plane between the two microphones be determined. Depending on the distance, commercially available sound sources are suitable, for example Firefrogs, squib pistols, firecrackers or spark discharges.

Wird die Wasserwaage selbst wie ein Senklot aufgehängt, liegt die Lotebene waagerecht und sie kann bei zweckmäßiger Mikrofoncharakteristik um die Achse der Wasserwaage bis zu Winkeln von +/- 45 Grad als Meßebene dienen. Eine zusätzliche Neigung der Achse der Wasserwaage zur Lotrichtung durch eine arretierbare Aufhängevorrichtung überträgt sich auf die Meßebene.If the spirit level itself is hung like a plumb bob, the plumb plane lies horizontally and it can with appropriate microphone characteristics around the axis of the spirit level up to Angles of +/- 45 degrees serve as the measuring plane. An additional inclination of the axis of the Spirit level to the perpendicular direction by means of a lockable suspension device is transferred the measuring plane.

Wird in den Signalweg eines der beiden Mikrofone eine Zeitverzögerung eingefügt, verformt sich die Meßebene näherungsweise zu einer Kegelmantelfläche, deren Kegelwinkel zum Aufriß von räumlichen Winkelmaßen benützt werden kann.If a time delay is inserted into the signal path of one of the two microphones, it is deformed the measuring plane approximately to a conical surface, the cone angle to Elevation of spatial angular dimensions can be used.

ACHIEVABLE BENEFITS

Lediglich mit einer zusätzlichen Punktschallquelle ausgerüstet, kann ein Bauhandwerker mit der beschriebenen Erfindung vor Ort mit wenigen Handgriffen Höhenlinien in einem Raum markieren, Neigungen von Rohrleitungen einmessen, Fußböden nivellieren, Wände lotrecht und rechtwinklig aufstellen, Lote auf Kanten beliebiger Lage fällen, Neigungen speichern und anderswo übertragen und räumliche Winkelmaße bestimmen. Im Nahfeldbereich bis zu 15 Metern und mehr können damit bekannte optische Nivellierverfahren ersetzt werden und die Qualität der Bauausführung durch jeden Bauhandwerker kontrolliert und bestimmt werden.A construction worker can only be equipped with an additional point sound source the described invention on site with a few simple steps contour lines in a room Mark, measure pipe inclinations, level floors, plumb walls and set up at right angles, plumb the solders on edges of any position, save inclinations and transferred elsewhere and determine spatial angular dimensions. In the near field up to 15 meters and more can be used to replace known optical leveling methods and the quality of the construction is checked and determined by every construction worker will.

DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT

In Fig. 1 ist eine an einer Aufhängevorrichtung (1) über einen arretierbaren, drehbaren Bolzen (2) wie ein Senklot aufgehängte Wasserwaage (3) dargestellt, die ein oberes Mikrofon (4) und ein unteres Mikrofon (5) besitzt, die zusammen mit einer oberen Leuchtdiode (6) und einer unteren Leuchtdiode (7), symmetrisch angeordnet, mit einer elektronischen Auswerteeinheit (8) im Inneren der Wasserwaage verbunden sind. Auf den geometrischen Mittelpunkt (12) zwischen beiden Mikrofonen (4), (5) ist eine Schar von Lotlinien (13) fällbar, die um die Achse (9) der Wasserwaage bis zu Winkeln von +/- 45 Grad rotieren können und eine Meßebene (10) zwischen beiden Mikrofonen beschreiben. In Fig. 1 is shown on a suspension device ( 1 ) via a lockable, rotatable bolt ( 2 ) like a plumb bob level ( 3 ) is shown, which has an upper microphone ( 4 ) and a lower microphone ( 5 ), which together with an upper light-emitting diode ( 6 ) and a lower light-emitting diode ( 7 ), arranged symmetrically, are connected to an electronic evaluation unit ( 8 ) inside the spirit level. On the geometric center ( 12 ) between the two microphones ( 4 ), ( 5 ) is a group of plumb lines ( 13 ) that can rotate around the axis ( 9 ) of the spirit level up to angles of +/- 45 degrees and a measuring plane ( 10 ) between the two microphones.

Eine punktförmige Schalldruckquelle (11), vorzugsweise eine Zündplättchenpistole, erzeugt eine Kugelschallfront, die mit einer mittleren Laufzeit von 330 m/s an beiden Mikrofonen (4), (5) eintrifft, welche eine steile Ausgangssignaländerung an die elektronische Auswerteinheit (8) abgeben. Bei gleichzeitigem Eintreffen der Schallfront an beiden Mikrofonen befindet sich die Schallquelle auf der Meßebene zwischen beiden Mikrofonen, es leuchten beide Leuchtdioden auf, andernfalls ist die Laufzeit zu einem der Mikrofone kürzer, was durch Aufleuchten nur einer Leuchtdiode angezeigt wird. Ein Bauhandwerker kann nun durch iterative Ortsver änderung der Schalldruckquelle mit wenigen Schallereignissen einen Punkt auf einer Meßebene bestimmen und ihn markieren.A punctiform sound pressure source ( 11 ), preferably a squib gun, generates a spherical sound front, which arrives at an average transit time of 330 m / s on both microphones ( 4 ), ( 5 ), which emit a steep output signal change to the electronic evaluation unit ( 8 ). If the sound front arrives at both microphones at the same time, the sound source is on the measuring level between the two microphones, both LEDs light up, otherwise the runtime to one of the microphones is shorter, which is indicated by the lighting up of only one light-emitting diode. A construction worker can now determine and mark a point on a measurement level with iterative changes in the location of the sound pressure source with a few sound events.

Fig. 2 zeigt die Aufhängevorrichtung (1) im konzentrischen Loch des Bolzens (2). Beispielsweise durch eine Münze im Schlitz des Bolzens (2) kann durch Drehen desselben die Lage des Loches für die Aufhängevorrichtung (1) in Bezug auf den Schwerpunkt der Wasserwaage (3) mit der Folge einer definierbaren Neigung der Meßebene (10) zur Waagerechten verändert werden. Eine waagerechte Ebenenneigung ist durch die Libelle der Wasserwaage kontrollierbar. Sollneigungen sind voreinstellbar bzw. durch die Drehstellung des Bolzens (2) speicherbar und übertragbar. Fig. 2 shows the suspension device ( 1 ) in the concentric hole of the bolt ( 2 ). For example, by means of a coin in the slot of the bolt ( 2 ), the position of the hole for the suspension device ( 1 ) with respect to the center of gravity of the spirit level ( 3 ) can be changed by rotating the same, with the consequence of a definable inclination of the measuring plane ( 10 ) to the horizontal . A horizontal level inclination can be checked by the spirit level of the spirit level. Target inclinations can be preset or saved and transferred by the rotational position of the bolt ( 2 ).

Durch das angewendete Symmetrieprinzip kompensieren sich Temperatur-, Druck - und Wasserdampfschwankungen der Luft mit der Folge einer hohen Meßgenauigkeit. In 15 Metern Abstand konnte die Meßebene mit einer Genauigkeit von +/- 4 mm bestimmt werden. Reflexionen an Raumwänden haben keinen Einfluß mehr, solange die Schallfront auf kürzestem Wege direkt beide Mikrofone erreichen kann (Sichtkontakt zu den Leuchtdioden).The symmetry principle used compensates for temperature, pressure and Water vapor fluctuations in the air with the consequence of a high measuring accuracy. At a distance of 15 meters, the measuring plane could be determined with an accuracy of +/- 4 mm will. Reflections on room walls have no influence as long as the sound front is on can reach both microphones in the shortest possible way (visual contact to the LEDs).

Fällt die Achse der Wasserwaage mit der Bezugskante des Korpus und der Mikrofonachse zusammen, sind mühelos aus jeder Lage der Wasserwaage heraus Lote auf den Mittelpunkt (12) zwischen beiden Mikrofonen zu fällen. So können Wände rechtwinklig und lotrecht errichtet und Fußböden nivelliert werden.If the axis of the spirit level coincides with the reference edge of the body and the microphone axis, plumb bobs can easily be dropped from each position of the spirit level to the center ( 12 ) between the two microphones. In this way, walls can be erected at right angles and vertically and floors can be leveled.

Fig. 3 zeigt die Schaltungsanordnung einer Auswerteeinheit (8) für von den Mikrofonen (4), (5) gelieferte negative Erstanstiegssignale. Fig. 3 shows the circuit arrangement of an evaluation unit (8) from the microphones (4), (5) supplied negative Erstanstiegssignale.

Die vom oberen und unteren Mikrofon (4), (5) eingespeisten, negativen Impulsspannungen initiieren am Ausgang der Gatter G1 (13) und G2 (14) einen L/H-Sprung, der die beiden D-Flip-Flops, aus Gatter G3 (15) und Gatter G4 (16) bestehend, taktet.The negative pulse voltages fed by the upper and lower microphone ( 4 ), ( 5 ) initiate an L / H jump at the output of gates G1 ( 13 ) and G2 ( 14 ), which jumps the two D flip-flops from gate G3 ( 15 ) and gate G4 ( 16 ), clocks.

Jeder zuerst ein treffende Impuls überträgt dabei das Low-Signal am D-Eingang auf den Q-Ausgang, wodurch die Gatter G1 und G2 über ihre zweiten Eingänge gesperrt werden. Über die Verzögerungsglieder R1/C1 (18) und R2/C2 (17) werden die Dateneingänge des jeweiligen anderen D-FF′s zeitverzögert auf High gelegt. Ein später eintreffender L/H-Sprung überträgt dann ein High-Signal an seinen Ausgang Q. Nur wenn beide L/H-Sprünge innerhalb einer einstellbaren Verzögerungszeit der Verzögerungsglieder (17) und (18) eintreffen, werden beide D-FF′s ein Low an ihren Dateneingängen auf die Q-Ausgänge übertragen und die Leuchtdioden (6) und (7) gleichzeitig aufleuchten lassen (Laufzeitgleichheit).Each pulse that hits first transmits the low signal at the D input to the Q output, as a result of which the gates G1 and G2 are blocked via their second inputs. Via the delay elements R1 / C1 ( 18 ) and R2 / C2 ( 17 ) the data inputs of the respective other D-FF's are set to high with a time delay. A later arriving L / H jump then transmits a high signal to its output Q. Only if both L / H jumps arrive within an adjustable delay time of the delay elements ( 17 ) and ( 18 ) will both D-FF's become one Transfer low at their data inputs to the Q outputs and let the LEDs ( 6 ) and ( 7 ) light up at the same time (identical runtime).

Durch die Wahl der Zeitkonstanten R1_*C1 (18) und R2_*C2 (17) kann die Basisbreite der Mittenbereichsanzeige (beide Dioden leuchten) eingestellt werden.By choosing the time constants R1 _* C1 ( 18 ) and R2 _* C2 ( 17 ), the base width of the center range display (both diodes light up) can be set.

Die Zeitglieder R4/C4 (20) und C3/R3 (19) legen die Setzeingange nach ca. 1 Sekunde auf Low, wodurch der Ausgangszustand der Schaltung zum Empfang des nächsten Signales wiederhergestellt wird.The timing elements R4 / C4 ( 20 ) and C3 / R3 ( 19 ) set the set inputs to low after approx. 1 second, which restores the initial state of the circuit for receiving the next signal.

Die Aufleuchtdauer der Leuchtdioden (6) und (7) wird somit begrenzt, womit in kurzer Folge weitere Schallereignisse registriert und die Meßebene geschwind bestimmt werden kann.The lighting duration of the light-emitting diodes ( 6 ) and ( 7 ) is thus limited, with which further sound events can be registered in a short succession and the measuring plane can be determined quickly.

Claims

1. A method for locating a plumb line ( 13 ) through the center ( 12 ) on the axis ( 9 ) of a spirit level ( 3 ) and a measuring plane ( 10 ) described by them, characterized in that on both sides at the same distance from the measuring plane ( 10 ) Two microphones ( 4 ), ( 5 ) are arranged on the spirit level ( 3 ) with the same preferred acoustic direction and are connected to an electronic evaluation circuit ( 8 ), the time offset of their electrical output signals from one another when a preferably spherical sound pressure front arrives to determine the relative position a preferably punctiform sound pressure source ( 11 ) to the measuring plane ( 10 ) is used.

2. The method according to claim 1, characterized in that an electronic evaluation circuit ( 8 ) the leading or lagging an output signal over the other of the two microphones ( 4 ) and ( 5 ) and the simultaneity of both output signals within a selectable time interval to a three-value display.

3. The method according to claim 1, characterized in that in the body of a spirit level ( 0 ) a lockable, rotatable bolt ( 2 ) with a concentric hole for a suspension device ( 1 ) uses the spirit level as a plumb bob and the measuring plane ( 10 ) for leveling surfaces serves, whereby a surface inclination can be set on a degree scale between the bolt ( 2 ) and the body of the spirit level ( 3 ).

4. The method according to claim 1, characterized in that as a point source of sound pressure ( 11 ) preferably high explosive mixtures such as squibs, detonators, fire frogs, electrical spark discharges and other known pulsed sound generators are used.

5. The method according to claim 1, characterized in that a pulse delay is optionally inserted into the signal path of one of the two microphones ( 4 ) and ( 5 ) to the electronic evaluation unit ( 8 ), wherein the measuring plane ( 10 ) is deformed into a conical surface and with it selectable dimension a cone angle is defined.

6. Circuit arrangement in an electronic evaluation device ( 8 ) according to the method in claims 1 and 2, characterized in that the outputs of two microphones ( 4 ) and ( 5 ) are connected to the first inputs of two handheld gates ( 13 ) and ( 14 ), the outputs The same with the clock inputs of two D-flip-flops ( 15 ) and ( 16 ) and via two RC delay elements ( 18 ) and ( 17 ) with the data inputs of the other D-flip-flops, the Q- Outputs of the D flip-flops ( 15 ) and ( 16 ) with the respective second inputs of the nand gates ( 13 ) and ( 14 ) and via two further RC delay elements ( 19 ) and ( 20 ) with the same set inputs D flip-flops, with both reset inputs carrying high potential and two light-emitting diodes ( 6 ) and ( 7 ) being controlled by the negated outputs of the D flip-flops ( 15 ) and ( 16 ).