DE29518708U1 - Geodetic laser station - Google Patents
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf eine geodätische Laserstation nach dem Oberbegriff des ersten Anspruches. Diese Station ist anwendbar für geodätische Strecken- und Winkelmessung sowie auch zum Anvisieren beliebiger Punkte im Raum.The invention relates to a geodetic laser station according to the preamble of the first claim. This station can be used for geodetic distance and angle measurements as well as for targeting any point in space.
Es sind Theodolite mit integriertem Laser bekannt, die ein direktes Anvisieren beliebiger Punkte im Raum, inbesondere eines Fußpunktes sowie eines Zenitpunktes, und eine Strahlrotation gestatten. So sind auch Systeme bekannt, die in verschiedenen Varianten die Eigenschaften der Laserdioden bzw. des verwendeten Laserpens mit den Eigenschaften des Theodolits verbinden.Theodolites with integrated lasers are known that allow direct targeting of any point in space, in particular a base point and a zenith point, and beam rotation. Systems are also known that combine the properties of the laser diodes or the laser pen used with the properties of the theodolite in various variants.
Aus der DE 28 38 512 Cl ist ein Lasertheodolit bekannt, bei dem der Laser um eine Steh- und Kippachse in einer gabelförmigen Lagerung drehbar angeordnet und mit einer Meßoder Einstellvorrichtung versehen ist. Nachteilig bei diesem Lasertheodoliten ist, daß er lediglich zur Erzeugung von Laserstrahlreferenzlinien verwendet werden kann. Eine Abbildung des Laserstrahls am Zielort bei gleichzeitiger visueller Beobachtung durch das Fernrohr ist nicht möglich. Nachteilig ist ferner das Fehlen einer gleichzeitigen Beobachtungs- und Anzielmöglichkeit in der Achse des Laserstrahls.A laser theodolite is known from DE 28 38 512 Cl, in which the laser is arranged so that it can rotate around a standing and tilting axis in a fork-shaped bearing and is provided with a measuring or adjustment device. The disadvantage of this laser theodolite is that it can only be used to generate laser beam reference lines. It is not possible to image the laser beam at the target location while simultaneously observing it visually through the telescope. Another disadvantage is the lack of a simultaneous observation and targeting option in the axis of the laser beam.
Aus der Druckschrift der Firma SOKKIA Co., Ltd, Tokyo, JP, Nr. A-89-E-15-9206, "LDT 5; LDT 5S - Electronic Laser digital Theodolite" und der JP-Anmeldung 1-280 212 ( Appl. No. 63-107593) "Theodolite with Laser", ist ein Lasertheodolit bekannt, bei welchem der Laser selbst über dem Fernrohr des Theodolits und mit diesem zusammen bewegbar angeordnet ist. Der Laserstrahl wird über Linsen und Umlenkelemente in den Fernrohrstrahlengang zwischen dem Fernrohrobjektiv und der Okularstrichplatte eingeführt. Bei dieser Ausführung sind relativ viele aufwendige optische Bauteile notwendig, um den Laserstrahl in den Fernrohrstrahlengang einzuspiegeln.A laser theodolite is known from the publication of SOKKIA Co., Ltd, Tokyo, JP, No. A-89-E-15-9206, "LDT 5; LDT 5S - Electronic Laser digital Theodolite" and the JP application 1-280 212 (Appl. No. 63-107593) "Theodolite with Laser", in which the laser itself is arranged above the telescope of the theodolite and can move together with it. The laser beam is introduced into the telescope beam path between the telescope objective and the eyepiece reticle via lenses and deflection elements. In this design, a relatively large number of complex optical components are necessary to reflect the laser beam into the telescope beam path.
Mittel, die auch Entfernungsmessungen erlauben, sind nicht vorgesehen.There are no means of measuring distances.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geodätische Laserstation zu schaffen, bei welchem die Nachteile des Standes der Technik durch eine besonders günstige Positionierung des Lasers innerhalb des Gerätes weitestgehend beseitigt sind und zusätzlich zur Laserfluchtung auch Entfernungs- und/oder Winkelmessungen sowie gleichzeitige visuelle Beobachtungen des Meßobjektes durchführbar sind.The invention is based on the object of creating a geodetic laser station in which the disadvantages of the prior art are largely eliminated by a particularly favorable positioning of the laser within the device and in addition to laser alignment, distance and/or angle measurements as well as simultaneous visual observations of the measuring object can be carried out.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruches aufgeführten Mitteln gelöst. In den Unteransprüchen sind Einzelheiten näher beschrieben.According to the invention, this object is achieved with the means set out in the characterizing part of the first claim. Details are described in more detail in the subclaims.
Durch die Anordnung des Lasers als Lichtquelle in der hohl ausgebildeten Kippachse der Laserstation oder auch eines Theodolits und die Führung des Laserstrahls durch diese Achse hin zum Fernrohrstrahlengang wird, da nur wenige optische Bauelemente benötigt werden, der Aufbau stark vereinfacht. So ist dem Grunde nach nur ein in der optischen Achse des Fernrohrstrahlenganges vorgesehenes, als Spiegel oder Umlenkprisma ausgebildetes Umlenkelement notwendig, um den Laserstrahl in den Fernrohrstrahlengang einzuspiegeln. Dadurch wird nur ein geringer Teil der Pupille des Fernrohrs benötigt und die Kombination - visuelle Beobachtung und Streckenmessung - wird ermöglicht. Durch die fernrohrfeste Anordnung des Lasers, der als Laserdiode ausgebildet sein kann, bleibt die Zuordnung der Laserfleckgeometrie und des Strichkreuzes bei den Bewegungsabläufen des Fernrohrs erhalten. Um eventuell auftretende, störende Laserlichtreflexe am Objektiv der Laserstation bei gleichzeitiger visueller Beobachtung zu vermeiden, ist der eingespiegelte Laserstrahl von einer Einhausung umschlossen, die sich vorteilhaft zwischen dem Umlenkelement und dem Objektiv des Theodolits erstreckt. Vorteilhaft ist unmittelbar auf der okular- oder bildseitigen Fläche des Objektivs oder in deren unmittelbaren Nähe ein optischenElement, z. B. in Form einer Linse oder einesBy arranging the laser as a light source in the hollow tilt axis of the laser station or a theodolite and guiding the laser beam through this axis to the telescope beam path, the structure is greatly simplified, as only a few optical components are required. In principle, only one deflection element designed as a mirror or deflection prism, provided in the optical axis of the telescope beam path, is necessary to reflect the laser beam into the telescope beam path. This means that only a small part of the telescope's pupil is required and the combination - visual observation and distance measurement - is made possible. By arranging the laser, which can be designed as a laser diode, fixed to the telescope, the assignment of the laser spot geometry and the reticle is retained during the telescope's movements. In order to avoid any disruptive laser light reflections on the lens of the laser station during visual observation, the reflected laser beam is enclosed in a housing that extends between the deflection element and the lens of the theodolite. It is advantageous to have an optical element, e.g. in the form of a lens or a
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sammelnden optischen Systems, angeordnet, welches der Formung des Laserstrahls im Sinne einer Kollimierung des Strahls dient. Diese Anordnung ermöglicht es, den Laserstrahl auch als Suchscheinwerfer für die Strecken- und Winkelmessung zu verwenden.collecting optical system, which serves to shape the laser beam in the sense of collimating the beam. This arrangement makes it possible to use the laser beam as a searchlight for distance and angle measurements.
Die durchgängig hohl ausgebildete Stehachse zur Lagerung der Gerätestütze eröffnet vorteilhaft die Möglichkeit, die vorgesehenen Meßfunktionen auch in Nadirrichtung ausführen zu können.The continuously hollow vertical axis for mounting the device support advantageously opens up the possibility of being able to carry out the intended measuring functions in the nadir direction as well.
Um den Anwendungsbereich der Laserstation zu erweitern, ist in dem den Fernrohrstrahlengang umschließenden, um die Kippachse schwenkbaren Gehäuse des Fernrohrs der Station eine Anordnung zur Entfernungsmessung vorgesehen. Diese Anordnung weist eine Prismenanordnung auf, welche im Bereich des Fernrohrstrahlengangs mindestens eine selektiv verspiegelte Funktionsfläche besitzt. So kann gleichzeitig zur visuellen Beobachtung auch das Entfernungsmeßsystem wirksam werden, und somit sind in einem Gerät die Funktion eines Tachymeters und die eines Lasertheodolits mit gleichzeitiger visueller Beobachtungsmöglichkeit vereint. Diese Prismenanordnung ist beispielsweise ein Pentaprisma, mit einem an der selektiv (teil- oder farbselektiv) verspiegelten Funktionsfläche mit seiner Hypotenusenfläche angeordneten, rechtwinkligen Prisma, dessen eine Kathetenfläche senkrecht zur optischen Achse des Fernrohrstrahlenganges verläuft. Der Laser selbst kann vorteilhaft als Sender für die Anordnung zur Entfernungsmessung eingesetzt werden, indem ein Teil des von dem Laser ausgesendeten Lichtes der Entfernungsmeßanordnung zugeführt wird.In order to expand the application area of the laser station, a distance measuring arrangement is provided in the housing of the station's telescope, which encloses the telescope beam path and can be swiveled around the tilt axis. This arrangement has a prism arrangement which has at least one selectively mirrored functional surface in the area of the telescope beam path. In this way, the distance measuring system can also be used for visual observation at the same time, and thus the function of a tachymeter and that of a laser theodolite with simultaneous visual observation are combined in one device. This prism arrangement is, for example, a pentaprism with a right-angled prism arranged on the selectively (partially or color-selectively) mirrored functional surface with its hypotenuse surface, one of the cathetial surfaces of which runs perpendicular to the optical axis of the telescope beam path. The laser itself can be used advantageously as a transmitter for the distance measuring arrangement by feeding part of the light emitted by the laser to the distance measuring arrangement.
Damit der Laserstrahl auch in einer senkrecht zur Zielachse liegenden Ebene geschwenkt werden kann, ist auf dem dem Ziel zugewandten Ende des Fernrohrs, also vor dem Objektiv der Laserstation, ein um die Zielachse drehbarer Rotorkopf vorgesehen, in welchem ein Strahlenumlenkelement angeordnet ist. Vorteilhaft ist dieser Rotorkopf vom Fernrohrgehäuse abnehmbar. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Rotorkopf mitSo that the laser beam can also be swiveled in a plane perpendicular to the target axis, a rotor head that can be rotated around the target axis is provided on the end of the telescope facing the target, i.e. in front of the lens of the laser station, in which a beam deflection element is arranged. This rotor head is advantageously removable from the telescope housing. It is advantageous if the rotor head is equipped with
einer, in einem mit dem Fernrohr verbundenen Teil des Rotorkopfes angeordneten Antriebsvorrichtung in Wirkverbindung steht, wobei diese Antriebsvorrichtung über Schleifringe oder direkt über eine am Fernrohr angeordnete Stromquelle mit Energie versorgt werden kann.a drive device arranged in a part of the rotor head connected to the telescope, whereby this drive device can be supplied with energy via slip rings or directly via a power source arranged on the telescope.
Die erfindungsgemäße Laserstation vereinigt vorteilhaft drei Funktionen. Sie ist somit zur Laserfluchtung, als Tachymeter für Entfernungsmessungen, und als Theodolit zur Winkelmessung einsetzbar. Bei allen diesen Funktionen ist auch eine visuelle Beobachtung möglich. Gleichzeitig kann zur visuellen Beobachtung über die selektive Verspiegelung des Prismas das Entfernungsmeßsystem, welches einen Sender für Licht und einen Empfänger umfaßt, wirksam werden.The laser station according to the invention advantageously combines three functions. It can thus be used for laser alignment, as a tachymeter for distance measurements, and as a theodolite for angle measurements. Visual observation is also possible with all of these functions. At the same time, the distance measuring system, which includes a transmitter for light and a receiver, can be used for visual observation via the selective mirroring of the prism.
Durch den aufsetzbaren Rotorkopf ist es möglich, im Zusammenwirken mit den Freiheitsgraden des Fernrohrs Laserlichtebenen mit nahezu beliebiger Neigung und Orientierung darzustellen. Durch Aufstecken des Rotorkopfes auf das vordere Ende des Fernrohrs wird auch eine elektrische Verbindung zu dem auf dem Fernrohr befindlichen Batterieteil, die auch als Stromversorgungseinheit für den Laser dient, hergestellt.The attachable rotor head, in conjunction with the telescope's degrees of freedom, makes it possible to display laser light planes with almost any inclination and orientation. By attaching the rotor head to the front end of the telescope, an electrical connection is also established to the battery pack on the telescope, which also serves as the power supply unit for the laser.
Zur horizontalen und vertikalen winkelmäßigen Einstellung des Fernrohrs ist jeweils ein an sich bekannter manueller und/oder motorischer Antrieb vorgesehen. Desgleichen ist es vorteilhaft, wenn zur Horizontal- und Vertikalwinkelmessung visuelle Ableseeinrichtungen oder elektrische oder lichtelektrische Winkelmeßsysteme vorgesehen sind. Vorteilhaft ist es ferner, wenn Mittel zur manuellen oder sensorgesteuerten motorischen Horizontierung des Gerätes vorgesehen sind. Im Sinne einer Automatisierung der Arbeiten mit der erfindungsgemäßen Laserstation ist ein interner Rechner vorgesehen, welcher die motorischen Antriebe für die Winkeleinstellung steuert. Über diesen Rechner können auch alle Funktionen des Gerätes ausgeführt werden.A known manual and/or motor drive is provided for the horizontal and vertical angle adjustment of the telescope. It is also advantageous if visual reading devices or electrical or photoelectric angle measuring systems are provided for the horizontal and vertical angle measurement. It is also advantageous if means for manual or sensor-controlled motorized leveling of the device are provided. In order to automate work with the laser station according to the invention, an internal computer is provided which controls the motor drives for the angle adjustment. All functions of the device can also be carried out via this computer.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel naher erläutert werden. In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Laserstation mit einem in der Kippachse angeordneten Laser als Lichtquelle dargestellt.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The drawing shows a laser station according to the invention with a laser arranged in the tilt axis as a light source.
Die Laserstation, die hier als Theodolit mit integriertem Laser dargestellt ist, umfaßt u. a. ein Gehäuse 1, ein in diesem Gehäuse 1 um eine hohle Kippachse 2 drehbar gelagertes Fernrohr 3 mit Objektiv 4, Fokussierlinse 5, Okular 6 Okularstrichplatte 7 und Bildumkehrsystem 8 sowie eine Horizontieranordnung 9, in welcher das Gerät um eine Stehachse 10 drehbar gelagert ist. Diese Stehachse 10 ist hohl ausgebildet, so daß im Bedarfsfall auch Licht durch sie hindurch nach unten geleitet werden kann.The laser station, which is shown here as a theodolite with an integrated laser, includes a housing 1, a telescope 3 mounted in this housing 1 so that it can rotate about a hollow tilting axis 2, with an objective 4, focusing lens 5, eyepiece 6, eyepiece reticle 7 and image reversal system 8, as well as a leveling arrangement 9 in which the device is mounted so that it can rotate about a vertical axis 10. This vertical axis 10 is hollow so that light can also be directed downwards through it if necessary.
In der hohlen Kippachse 2, welche mit dem Ferhrohrkippantrieb 11 zur Kippung der Fernrohrs in Wirkverbindung steht, ist ein als Lichtquelle dienender, mit dem Fehrnrohr fest verbundener Laser 12 angeordnet, dessen Laserstrahl über ein als Spiegel oder Umlenkprisma ausgeführtes Umlenkelement 13 in die optische oder Zielachse 14 des Fernrohrstrahlenganges eingespiegelt wird, welches in Strahlengang zwischen dem Objektiv 4 und der Okularstrichplatte 7 im Fernrohr angeordnet ist. Als Laser 12 wird vorteilhaft eine raumsparende Laserdiode angewendet. Durch diese Anordnung des Lasers 12 und des Umlenkelementes 13 erreicht man, daß der Laserstrahl und die visuelle Ziellinie koaxial, d. h. identisch, verlaufen und mit dem Fernrohr 3 ein gleichzeitiges Senden, Zielen und Beobachten in beliebiger Richtung ausführbar ist. Der in den Fernrohrstrahlengang eingespiegelte Laserstrahl ist zwischen dem Umlenkelement 13 und den Objektiv 4 durch eine Einhausung 15 umschlossen, in welcher, dem Objektiv 4 okularseitig benachbart, ein sammelndes optisches Element 16 angeordnet ist, durch welches der Laserstrahl kollimiert wird. Diese Einhausung 15 dient vor allem der Verminderung von Reflexionen, wenn das Ziel durch das Okular 6 hindurch visuell beobachtet wird.In the hollow tilt axis 2, which is operatively connected to the telescope tilt drive 11 for tilting the telescope, there is a laser 12 that serves as a light source and is firmly connected to the telescope, the laser beam of which is reflected into the optical or aiming axis 14 of the telescope beam path via a deflection element 13 designed as a mirror or deflection prism, which is arranged in the beam path between the objective 4 and the eyepiece reticle 7 in the telescope. A space-saving laser diode is advantageously used as the laser 12. This arrangement of the laser 12 and the deflection element 13 ensures that the laser beam and the visual aiming line run coaxially, i.e. identically, and that simultaneous transmission, aiming and observation in any direction can be carried out with the telescope 3. The laser beam reflected into the telescope beam path is enclosed between the deflection element 13 and the lens 4 by a housing 15 in which, adjacent to the lens 4 on the eyepiece side, a collecting optical element 16 is arranged, by which the laser beam is collimated. This housing 15 serves primarily to reduce reflections when the target is visually observed through the eyepiece 6.
Im Strahlengang des Fernrohrs 3 ist zwischen dem Umlenkelement 13 und der Fokussierlinse 5 eine Prismenanordnung vorgesehen, die zu einer Anordnung zur Entfernungsmessung gehört und welche ein mit einer selektiv- oder teilverspiegelten Funktionsfläche 17 versehenes Prisma 18, z. B. ein Pentaprisma, umfaßt, welches an seiner Fläche 17 ein rechtwinkliges Auskoppelprisma 19 für den zum Okular geführten Strahlengang besitzt, wobei die Hypotenusenflache dieses Auskoppelprismas 19 an der Funktionsfläche 17 anliegt und eine Kathetenfläche 20 senkrecht zur optischen Achse des Fernrohrstrahlenganges verläuft. Okularseitig schließen sich diesem Auskoppelprisma 19 in der Reihenfolge die Fokussierlinse 5, das Bildumkehrsystem 8 und in der Okularebene die Okularstrichplatte 7 an. Diese Anordnung zur Entfernungsmessung ist innerhalb des Gehäuses 1 des Fernrohrs 3 angeordnet und umfaßt neben dem Prisma 18 noch strahlenumlenkende Mittel 21 und 22 in Form von Prismen oder Umlenkspiegeln und an sich bekannte meßwertbildende Mittel 23. Auch kann, wenn der Laser 12 nicht als Lichtquelle (Sender) für die Entfernungsmessung verwendet wird, ein gesonderter Lichtsender 24 vorgesehen sein. Durch diese Anordnung der Elemente kann gleichzeitig zur visuellen Beobachtung durch das Okular 6 über die selektiv verspiegelte Funktionsfläche 17 des Prismas 18 die Anordnung zur Entfernungsmessung wirksam werden. Damit sind in vorteilhafter Weise in einem Gerät die Funktion eines Tachymeters und die eines Lasertheodolits mit gleichzeitiger visueller Beobachtungsmöglichkeit vereint.In the beam path of the telescope 3, between the deflection element 13 and the focusing lens 5, a prism arrangement is provided, which is part of a distance measurement arrangement and which comprises a prism 18, e.g. a pentaprism, provided with a selectively or partially mirrored functional surface 17, which has a rectangular coupling prism 19 on its surface 17 for the beam path guided to the eyepiece, whereby the hypotenuse surface of this coupling prism 19 rests on the functional surface 17 and a cathetus surface 20 runs perpendicular to the optical axis of the telescope beam path. On the eyepiece side, this coupling prism 19 is followed in the order of the focusing lens 5, the image reversal system 8 and, in the eyepiece plane, the eyepiece reticle 7. This arrangement for distance measurement is arranged inside the housing 1 of the telescope 3 and, in addition to the prism 18, also includes beam-deflecting means 21 and 22 in the form of prisms or deflecting mirrors and known measurement value-forming means 23. If the laser 12 is not used as a light source (transmitter) for distance measurement, a separate light transmitter 24 can also be provided. This arrangement of the elements allows the arrangement for distance measurement to be effective at the same time as visual observation through the eyepiece 6 via the selectively mirrored functional surface 17 of the prism 18. This advantageously combines the functions of a tachymeter and a laser theodolite with simultaneous visual observation options in one device.
Es ist ferner ein Rotorkopf 25 vorgesehen, welcher auf dem dem Ziel zugewandten Ende des Fernrohrs 3 aufgesetzt ist. Dieser Rotorkopf 25 umfaßt ein um die Zielachse 14 drehbares Teil 25a und ein auf das Fernrohr 3 aufgestecktes Teil 25b, wobei im drehbaren Teil 25a ein Strahlenumlenkelement 26, z. B. ein Umlenkprisma oder ein ebener Reflektor, angeordnet ist, welches zusammen mit dem Teil 25a um die Zielachse 14 schwenkbar ist. Der Antrieb des in Lagern 28 gelagerten drehbaren Teils 25a des Rotorkopfes 25 erfolgt vorteilhaft durch eine Antriebvorrichtung 27, die im Teil 25b desA rotor head 25 is also provided, which is placed on the end of the telescope 3 facing the target. This rotor head 25 comprises a part 25a that can be rotated about the target axis 14 and a part 25b that is placed on the telescope 3, wherein a beam deflection element 26, e.g. a deflection prism or a flat reflector, is arranged in the rotatable part 25a, which can be pivoted together with the part 25a about the target axis 14. The drive of the rotatable part 25a of the rotor head 25, which is mounted in bearings 28, is advantageously carried out by a drive device 27 that is mounted in the part 25b of the
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Rotorkpofes 25 gelegen ist. Dieser Rotorkopf 25 erlaubt es, entsprechend den Freiheitsgraden, die durch die Bewegung des Fernrohrs 3 um die Kipp- und die Stehachse gegeben sind, Laserlichtebenen mit nahezu beliebiger Neigung und Orientierung darzustellen. Der Laserstrahl kann also in einer senkrecht zur Zielachse 14 liegenden Ebene geschwenkt oder gedreht werden.Rotor head 25 is located. This rotor head 25 allows laser light planes with almost any inclination and orientation to be displayed, depending on the degrees of freedom provided by the movement of the telescope 3 around the tilting and vertical axes. The laser beam can therefore be swiveled or rotated in a plane that is perpendicular to the target axis 14.
Neben dem zur Kippung des Fernrohrs 3 vorgesehenen Fernrohrkippantrieb 11 ist für die Drehung der Laserstation um die Stehachse 10 ein manueller oder motorischer Antrieb vorgesehen. Für die Steuerung der motorischen Antriebe ist ein geräteinterner Rechner (nicht dargestellt) vorgesehen, mit welchem auch vorgegebene Positionen des Horizontalkreises 30 und des Vertikalkreises 31 eingestellt werden können. Zur Ablesung des Horizontal- 30 und auch des Vertikalkreises 31 sind an sich bekannte Meßsysteme 32 und 33 oder Ableseeinrichtungen im oder am Gerät angeordnet.In addition to the telescope tilt drive 11 provided for tilting the telescope 3, a manual or motor drive is provided for rotating the laser station around the vertical axis 10. An internal computer (not shown) is provided for controlling the motor drives, with which predetermined positions of the horizontal circle 30 and the vertical circle 31 can also be set. To read the horizontal circle 30 and the vertical circle 31, known measuring systems 32 and 33 or reading devices are arranged in or on the device.
Desgleichen sind in der Horizontieranordnung 9 Mittel 34 zur manuellen oder motorischen Horizontierung der Laserstation vorgesehen, welche im Zusammenwirken mit elektronischen Libellen 35 eine gesteuerte Horizontierung ermöglichen.Likewise, means 34 for manual or motorized leveling of the laser station are provided in the leveling arrangement 9, which, in conjunction with electronic spirit levels 35, enable controlled leveling.
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