DE19716304C1

DE19716304C1 - Geodätisches Gerät

Info

Publication number: DE19716304C1
Application number: DE19716304A
Authority: DE
Inventors: Wieland Dr Feist
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Trimble Jena GmbH
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2017-04-19
Also published as: SE9801131L; SE514901C2; SE9801131D0; US6044567A; CH692865A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein geodätisches Gerät gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Dieses Gerät ist mit einem auf den Fuß- oder Bodenpunkt orientierten Lot ausgestattet. Es kann für Theodolite oder für elektronische Tachymeter oder nur als Lot oder Einstellmittel nach Zenit- und/oder Nadirpunkten eingesetzt werden.

Die einfachste Lösung zur Zentrierung der Stehachse eines geodätischen Gerätes über dem Zentrum eines geodätischen Festpunktes oder Bodenpunktes ist das Schnurlot, welches am Gerät befestigt ist und auf das Zentrum des Bodenpunktes eingerichtet wird. Die Lotgenauigkeit ist gering und genügt nur für einfache Zentrierungen.

Zwecks Zentrierung eines geodätischen Gerätes besitzen die Vermarkungen Zentren mechanischer Art, wie Punkte, Bohrungen, konzentrische Kreise, oder auch in Stein gemeißelte Kreuze oder Nägel und anderes mehr. Um die Zentriergenauigkeit über einem solchen Bodenpunkt zu erhöhen, sind optische Lote für Theodolite und Tachymeter bekannt.

Es ist ein optisches Lot bekannt, welches ein kleines geknicktes und fokussierbares Fernrohr umfaßt, dessen Objektiv in der Stehachse des geodätischen Gerätes liegt und dessen Tubus mit dem Okular senkrecht dazu in der Stütze angeordnet ist. Durch einen optischen Lichtstrahl wird dabei der Bodenpunkt beleuchtet und durch das Strichkreuz des Okular kann die Abweichung von der Zentrierung ermittelt und entsprechend die Lage des geodätischen Gerätes über dem Bodenpunkt korrigiert werden. Eine genaue Zentrierung ist jedoch stark von den vorhandenen Beleuchtungsverhältnissen und von der Qualität und der Beschaffenheit des Bodenpunktes abhängig.

Bei einer in DE 40 07 245 A1 und DE 296 03 681 U1 beschriebenen Einrichtung für geodätische Geräte dient ein leuchtender sichtbarer Laserdiodenpen mit seinem Leuchtfleck zur Markierung des lotenden Lichtstrahls auf dem Bodenpunkt. Der Beobachter muß hier nicht mehr in das Okular sehen, sondern kann den Zentriervorgang mit dem Verschieben des Gerätes auf dem Stativ direkt am Ort mit dem unbewaffneten Auge beobachten und beurteilen. Nachteilig ist, daß auf dunklen Markierungen der Laserfleck schlecht zu sehen ist. Auch bringt die Beurteilung des Zentriervorganges aus der doch relativ großen Entfernung Genauigkeitsverluste. Ferner ist bei großer Umfeldhelligkeit der Laserfleck schlecht zu sehen.

Aus den JP Anmeldungen 5-71961 (A) und 6-129854 (A) sind Einrichtungen zur Horizontierung von geodätischen Geräten bekannt, mit welchen die Einstellung in eine Horizontalebene durch motorische Verstellung der Fußschrauben des Gerätes erfolgt. Der motorische Antrieb wird dabei von Signalen elektronischer Libellen gesteuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geodätisches Gerät mit einer Loteinrichtung zu schaffen, welches nach einer erfolgten Horizontierung automatisch senkrecht über einen Bodenpunkt einstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem geodätischen Gerät, welches nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs aufgebaut ist, mit den im kennzeichnenden Teil aufgeführten Mitteln gelöst. In den weiteren Ansprüchen sind weitere Ausgestaltungen und Modifikationen zur Erfindung dargelegt.

Die Erfindung besteht vor allem darin, daß die Stehachsenbuchse im Gehäuse der Anordnung zur Einstellung über dem Bodenpunkt angeordnet ist und zusammen mit der darin gelagerten Stehachse, welche mit dem Oberteil verbunden ist und dieses trägt, in den beiden Koordinaten der horizontalen Ebene relativ zum Dreifuß relativ zum Gehäuseteil, welches mit dem Dreifuß fest verbunden ist, beweg- und damit einstellbar ist, so daß in einem Feineinstellvorgang eine Einstellung des Oberteils mit dem Fernrohr senkrecht über einem Bodenpunkt erfolgen kann.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Bodenpunkt z. B. durch eine externe Beleuchtungseinrichtung beleuchtet wird oder selbst mittels einer eigenen geeigneten Lichtquelle leuchtet.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die im Gehäuse der Anordnung zwischen dem Dreifuß und dem Oberteil des geodätischen Gerätes vorgesehene Stehachsenbuchse auf einer in zwei Koordinaten wirkenden Kreuzschlitten- oder Kreuzfederführung angeordnet ist, und in Richtung dieser Koordinaten durch manuelle oder motorische Antriebe verstellbar ist. Dadurch ist es möglich, durch eine entsprechende Ansteuerung der Antriebe eine weitestgehend automatische Einstellung und Einjustierung des geodätischen Gerätes über dem Bodenpunkt vorzunehmen. Für diese Einstellung entlang einer jeden Koordinate ist mindestens ein Antrieb vorgesehen, welcher direkt oder über zwischengeschaltete Getriebeglieder mit der Stehachse in Wirkverbindung steht. Diese Koordinaten sind vorteilhaft kartesische Koordinaten, welche senkrecht aufeinander stehen.

Um einen toten Gang oder bei Bewegungsumkehr eine Umkehrspanne bei der Einstellung zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn diametral zur Einwirkstelle des jeweiligen Antriebs an der Stehachsenbuchse der Einwirkort einer der Antriebskraft des Antriebs entgegenwirkenden Gegenkraft liegt, welche kleiner als die Antriebskraft ist. Somit ist eine spielfreie Bewegungsübertragung vom Antrieb auf die Stehachsenbuchse gewährleistet, und bei Bewegungsumkehr wird eine Umkehrspanne vermieden. Das kann erreicht werden, wenn ein jeder Antrieb mit einem an der Stehachsenbuchse angreifenden Gegenzug-Federpuffer zusammenwirkt, dessen Kraft der des Antriebs entgegengesetzt gerichtet ist.

Um einen hohen Automatisierungsgrad und eine weitestgehend von subjektiven Einflüssen freie Einstellung zu erreichen, ist es von Vorteil, daß die motorischen Antriebe in Abhängigkeit von der Lage der Stehachse zum Bodenpunkt mittels einer Steuereinrichtung steuerbar sind, derart, daß die Stehachse senkrecht über dem Bodenpunkt positioniert ist, wobei die Steuersignale für die Steuereinrichtung durch die fotoelektrische Sensoranordnung geliefert werden, auf die der Bodenpunkt abgebildet ist. Als fotoelektrische Sensoranordnung kann ein positionsempfindlicher Fotoempfänger oder eine aus CCD-Elementen bestehende CCD-Matrix vorgesehen werden. Vorteilhaft ist der positionsabhängige Fotoempfänger als ein Quadrantenempfänger ausgebildet, wobei jeder Quadrant aus einem Fotoempfänger besteht. Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Sensoranordnung in der Stehachse des geodätischen Gerätes angeordnet ist.

Mit diesem erfindungsgemäß ausgebildeten geodätischen Gerät werden die Nachteile des Standes der Technik beseitigt. So wird eine bessere Markierung des Zentrum durch das Selbstleuchten des Bodenpunktes erreicht, daß dieses Zentrum durch Bildauswerteverfahren aus dem Bild des auf der CCD-Matrix abgebildeten Bodenpunktes ermittelt werden kann, wozu die von den CCD-Elementen gelieferten Signale verwendet werden. Weitere Vorteile sind u. a. der Wegfall einer Fokussierung auf den Bodenpunkt und damit Wegfall auch subjektiver Fehler des Beobachters, wie z. B. Parallaxen-, Einstellungs- und/oder Erkennungsfehler. So werden die Zentriergenauigkeit des geodätischen Gerätes über dem betreffenden Bodenpunkt erhöht. Weitere Vereinfachungen ergeben sich durch einen Wegfall mechanischer Justiereinrichtungen und der manuellen Justierung selbst. Eine automatische Gerätezentrierung wird erreicht.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 vereinfacht ein über einem Bodenpunkt aufgestelltes geodätisches Gerät,

Fig. 2 das Anzeigefeld einer mit dem Gerät verbundenen Anzeigeeinrichtung,

Fig. 3 eine Einrichtung zur Beleuchtung eines Bodenpunktes und

Fig. 4 eine Einrichtung zur Beleuchtung eines Bodenpunktkreuzes.

Das in Fig. 1 vereinfacht dargestellte geodätische Gerät umfaßt einen Dreifuß 1, welcher über eine mit einer Mittenbohrung 3 versehenen Buchse 2 mit einer Anordnung 4 zur Einstellung des Gerätes über einen Fuß- oder Bodenpunkt 5 fest verbunden ist, und ein Oberteil 6 (Alhidade), in welchem, um eine horizontale Kippachse 7 kippbar, ein Fernrohr 8 gelagert ist. Dieses Oberteil 6 ist zusammen mit einem als Abschluß dienenden Gehäuseteil 10 der Anordnung 4 mit der Stehachse 11 fest verbunden, die in einer, in der Anordnung 4 vorgesehenen Stehachsenbuchse 12 spielfrei gelagert ist und eine Drehung des Oberteils 6 zusammen mit dem Gehäuseteil 10 um die senkrechte Achse 9 ermöglicht. Die Stehachsenbuchse 12 ist auf einer an sich bekannten Kreuzschlittenführung 13; 14; 15 angeordnet, welche auf einem an der Buchse 2 des Dreifußes 1 befestigten Basiselement 16 liegt. Anstelle der Kreuzschlittenführung kann auch eine Kreuzfederführung vorgesehen werden. Durch eine derart angeordnete und gelagerte Stehachse 11 ist eine Möglichkeit geschaffen, diese zusammen mit dem Oberteil 6 des Gerätes in der horizontalen Ebene zu verstellen und somit eine Feinverstellung über dem Bodenpunkt 5 zu realisieren.

Zur Realisierung dieser Feineinstellung oder Feinverschiebung der Stehachsenbuchse 12 und damit der Stehachse 11 und des gesamten Oberteils 6 des geodätischen Gerätes ist für eine Verschiebung entlang einer jeden Koordinate mindestens ein manuell oder motorisch betätigbarer Antrieb 18 im Innern der Anordnung 4 vorgesehen, welcher im Basiselement 16 fest verankert ist. Mit seinem beweglichen Stößel 19 steht ein jeder der verwendeten Antriebe 18 mit der Stehachsenbuchse 12 in Wirkverbindung. Um einen evtl. toten Gang oder bei Bewegungsumkehr die Umkehrspanne bei der Verstellung der Stehachsenbuchse 12 zu vermeiden und die Spielfreiheit zu gewährleisten, ist diametral zur Einwirkstelle eines jeden Antriebs 18 an der Stehachsenbuchse 12 jeweils ein Einwirkort 20 einer der Antriebskraft des jeweiligen Antriebs 18 entgegenwirkenden Gegenkraft vorgesehen. Diese Gegenkraft ist kleiner als die auf die Stehachsenbuchse 12 einwirkende Kraft des jeweiligen Antriebs 18. Zur Erzeugung dieser Gegenkraft ist diametral zu einem jeden Antrieb 18 eine mit dem Basiselement 16 fest verbundene Pufferanordnung 21 vorgesehen, deren gefederter Stößel 22 auf die Stehachsenbuchse 16 kraftschlüssig einwirkt.

In der hohlen Stehachse 11 ist an der dem Bodenpunkt 5 zugewandten Seite ein Objektiv 23 zur Abbildung des Bodenpunktes 5 auf eine fotoelektrische Sensoranordnung 24 eingesetzt, wobei die Sensoranordnung 24 am dem Bodenpunkt 5 abgewandten Ende der Stehachse 11 gelegen und mit der Leiterplatte 25 verbunden ist, auf welcher die Verarbeitungselektronik und Rechner für die Signalverarbeitung angeordnet sind. Die Sensoranordnung 24 ist vorteilhaft als eine CCD-Matrix aus CCD-Ele menten ausgebildet.

Die vom Rechner abgegebenen digitalen Signale werden auf einem Display 26, wie es in Vorderansicht in Fig. 2 dargestellt ist, als eine Wandermarke 27 angezeigt. Auf dem Display 26 befinden sich ferner feststehende Vergleichsmarkierungen 28; 29 mit dem Bildzentrum 30, wobei die Vergleichsmarkierungen 28; 29 z. B. aus konzentrischen Kreisen bestehen können. Durch Betätigung beispielsweise einer auf einem Tastenfeld des Displays 26 vorgesehenen Softkey-Taste 31 werden die Vergleichsmarkierungen 28; 29 aufgerufen. Das geodätische Gerät ist dann über dem Bodenpunkt 5 zu dessen Festpunktkreuz 32 bzw. dessen zentrisch angeordneter Bodenmarke 33 zentriert, wenn die Wandermarke 27 auf dem Display 26 sich im Zentrum 30 der Vergleichsmarkierungen 28; 29 befindet. Eine grobe Zentrierung des Gerätes über dem Bodenpunkt 5 bzw. über der Bodenmarke 33 wird durch Verschieben desselben auf dem Stativteller 34 eines Stativs 35 erreicht. Eine Feinzentrierung erfolgt durch Verschiebung der Stehachsenbuchse 12 und damit auch des Oberteils 6 in der Kreuzschlittenführung 12; 13; 14 mittels der Antriebe 18.

Auf dem Display 26 befinden sich ferner Anzeigen 36 und 37 für im Oberteil 6 des Gerätes befindliche Libellen 38 und 39, welche beispielsweise als Elektrolytlibellen ausgeführt sein können, deren Signale zur Weiterverarbeitung der Verarbeitungselektronik bzw. dem Rechner zugeführt werden.

In Fig. 3 ist eine Bodenmarke 40 dargestellt, welche auf den Bodenpunkt 5 zentrisch aufgesetzt werden kann. Sie besteht aus einem Gehäuse 41 mit Füßen 42 und vorzugsweise magnetischen Haftmitteln 43, in dem sich zentrisch eine Lichtquelle 44, z. B. eine Leuchtdiode, eine Stromquelle 45 und evtl. eine die elektrische Schaltung umfassende Leiterplatte 46 befinden. Eine solche Bodenmarke 40 kann auch, wie es aus Fig. 4 hervorgeht, mehrere kreuzförmig angeordnete Lichtquellen 47; 48; 49; 50 besitzen. Durch nicht dargestellte Schalter können bei Nichtgebrauch die Lichtquellen ausgeschaltet werden.

Im folgenden soll nun der Zentriervorgang zum Einstellen des geodätischen Gerätes über den Bodenpunkt 5 näher erläutert werden. Auf dem Stativteller 34 des über dem Bodenpunkt 5 aufgestellten Stativs 35 wird der Dreifuß 1 zusammen mit Gehäuseteil 10 und dem Oberteil 6 aufgesetzt, mit Hilfe der Libellen 38 und 39 und deren Anzeigen 36 und 37 auf dem Display 26 horizontiert und grob durch manuelles Verschieben auf dem Stativteller 34 zur Bodenmarkierung des Bodenpunktes 5 ausgerichtet, wobei auf dem Display 26 die Lage der Wandermarke 27 zum Bildzentrum 30 beobachtet und die Wandermarke 27 weitestgehend dem Bildzentrum 30 angenähert wird. Danach erfolgt die Feineinstellung des Gerätes auf die Bodenmarke 33 des Bodenpunktes 5, indem mit Hilfe der Antriebe 18 in zwei orthogonalen Richtungen der Horizontalebene eine Verstellung der Stehachsenbuchse 12 auf der Kreuzschlittenführung 13; 14; 15 vorgenommen wird, wobei die Steuerung der Antriebe durch Signale erfolgt, welche die Verarbeitungselektronik bzw. der vorhandene Rechner (nicht dargestellt) erzeugt hat und liefert. Das Gerät ist über dem Bodenpunkt 5 zentrisch positioniert, wenn die Wandermarke 27 auf dem Display 26 im Bildzentrum 30 liegt.

Claims

1. Geodätisches Gerät mit einer Anordnung zur Einstellung über einen Boden- oder Fußpunkt, umfassend

- einen Dreifuß, in welchem eine mit einer durchgängigen Bohrung versehene Buchse angeordnet ist, und mit welchem das Gerät auf einem Stativ befestigbar ist,
- ein Oberteil oder Alhidade mit einem um eine horizontale Kippachse schwenkbaren Fernrohr,
- erste Mittel zur Horizontierung des Gerätes in einer horizontalen Ebene und zur Anzeige der horizontalen Lage
- und zweite Mittel, welche ein den Bodenpunkt auf eine fotoelektrische Sensoranordnung abbildendes Objektiv umfassen, dadurch gekennzeichnet

daß die Anordnung zur Einstellung über dem Bodenpunkt (5) zwischen dem Dreifuß (1) und dem Oberteil (6) angeordnet und mit dem Dreifuß (1) fest verbunden ist und eine Stehachsenbuchse (12) mit einer darin gelagerten, das Oberteil (6) tragenden hohlen Stehachse (11) umfaßt, wobei die Stehachsenbuchse (12) zusammen mit der Stehachse (11) in den Koordinaten der horizontalen Ebene relativ zum Dreifuß (1) verstellbar ist.

2. Geodätisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenpunkt (5) beleuchtet ist oder selbst leuchtet.

3. Geodätisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (23) in der Stehachse (11) zur Abbildung des Bodenpunktes (5) auf eine fotoelektrische Sensoranordnung (24) angeordnet ist.

4. Geodätisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stehachsenbuchse (12) auf einer in zwei Koordinaten wirkenden Kreuzschlitten (13; 14; 15) oder Kreuzfederführung angeordnet ist, und in Richtung dieser Koordinaten durch manuelle oder motorische Antriebe (18) verstellbar ist.

5. Geodätisches Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein im Gehäuse (10) der Anordnung fest angeordneter Antrieb (18) für jede Koordinate vorgesehen ist, wobei dieser mindestens eine Antrieb (18) mit der Stehachsenbuchse (12) in Wirkverbindung steht.

6. Geodätisches Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diametral zur Einwirkstelle des jeweiligen Antriebs (18) an der Stehachsenbuchse (12) der Einwirkort (20) einer der Antriebskraft entgegenwirkenden und durch eine Pufferanordnung (21) erzeugten Gegenkraft ist.

7. Geodätisches Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die motorischen Antriebe (18) in Abhängigkeit von der Lage der Stehachse (11) zum Bodenpunkt (5) mittels einer Steuereinrichtung steuerbar sind, derart, daß die Stehachse (11) senkrecht über dem Bodenpunkt (5) positioniert ist, wobei die Steuersignale für die Steuereinrichtung durch die fotoelektrische Sensoranordnung (24) geliefert werden, auf die der Bodenpunkt (5) abgebildet ist.

8. Geodätisches Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrische Sensoranordnung (24) ein positionsempfindlicher Fotoempfänger oder eine CCD-Matrix aus CCD-Elementen ist.

9. Geodätisches Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoempfänger ein Quadrantenempfänger ist.

10. Geodätisches Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (24) in der Stehachse (11) des Gerätes angeordnet ist.

11. Geodätisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Koordinaten der Ebene senkrecht zueinander verlaufen.

12. Geodätisches Gerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum des Bodenpunktes (5) mittels Bildauswertung aus den von der CCD-Ma trix gelieferten Bildsignalen ermittelt ist.