DE3321990C2

DE3321990C2 - Meßlatte für ein laseroptisches Nivelliersystem

Info

Publication number: DE3321990C2
Application number: DE3321990A
Authority: DE
Inventors: Edmund Dipl.-Phys.Dr. 6227 Oestrich-Winkel Rickus
Original assignee: Nestle & Fischer 7295 Dornstetten De
Current assignee: Nestle & Fischer 7295 Dornstetten De
Priority date: 1983-06-18
Filing date: 1983-06-18
Publication date: 1986-12-18
Also published as: FR2548355A1; FR2548355B1; DE3321990A1; US4673287A

Abstract

Bei einem laseroptischen Vermessungssystem, insbesondere Nivelliersystem, läuft ein Laserstrahl in einer horizontalen Ebene um und trifft hierbei auf eine Meßlatte auf. Die Meßlatte ist mit einer längencharakteristischen, d. h. im Falle eines Nivelliersystems mit einer höhencharakteristischen Codierung versehen, die mit dem Laserlicht auslesbar ist, so daß beim Überstreichen der Meßlatte mit dem Laserstrahl ein höhencharakteristisches optisches Signal erzeugt wird. Letzteres wird in ein elektronisches Signal umgewandelt und dient ggf. nach elektronischer Weiterverarbeitung zur Anzeige der Auftreffhöhe des Laserstrahls auf der Meßlatte.

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßlatte für ein laseroptisches Nivelliersystem, bei dem ein Laserstrahl in einer horizontalen Ebene rotiert und auf die Meßlatte auftrifft, wobei ein charakteristisches Signal erzeugbar ist.

Zur Aufnahme oder Kontrolle von Höhen werden heute entweder herkömmliche optische Systeme mit Meßlatte und Nivelliergerät oder auch schon Systeme, die einen in der Höhe feststehenden, rotierenden Laserstrahl als Referenzebene benutzen, eingesetzt. Da auch bei den letztgenannten Systemen die Aufnahme der Meßdaten einer mechanischen Einstellung eines Sensorelements an der Meßlatte mit anschließender AbIe-

diese neueren Systeme die Nachteile herkömmlicher Systeme, wie z. B. Zeitaufwand, Personalbedarf, keine direkte Verarbeitung der Meßdaten, nur teilweise ausgleichen.

Aus der US-PS 36 49 122 ist eine Anordnung bekannt, mit der mittels Laserstrahl über einem photoelektrischen Empfänger Höhenmessungen durchgeführt werden können. Der Empfänger weist übereinander geordnete photoempfindliche Zellen auf, die über hintereinandergeschaltete Widerstände insgesamt zu einer elektrischen Schaltung zusammengefaßt sind. Trifft der Laserstrahl auf eine bestimmte photoempfindliche Zelle auf, so liefert diese einen Strom, der entsprechend der Höhe der Zelle auf dem Empfänger und der Anzahl der entsprechenden Widerstände aufgeteilt wird. Auf diese Weise wird in Verbindung mit einem Referenzsignal der Ort des auftretenden Laserstrahls definiert Für die

ίο Ortsbestimmung werden hierbei der das Signal darstellende Teilstrom und die das Referenzsignal darstellende Summe der Teilströme gemessen. Diese bekannte Anordnung erfordert einen erheblichen elektronischen Aufwand mit einer Vielzahl photoempfindlichen Zellen und Widerständen, so daß sie auch aus Kostengründen für eine übliche 4 m lange Meßlatte nicht geeignet ist.

Zur laseroptischen Messung von Positionen wird nach der japanischen Patentanmeldung JP-A 2/58-41 308 vorgeschlagen, ein Meßzylinder mit einer Vielzahl von lichtleitenden Fasern, die in technisch aufwendiger Weise exakt zueinander angeordnet sein müssen, einzusetzen. Auch diese Meßeinrichtung hat den Nachteil, daß sie einen aufwendigen Aufbau besitzt
In der Firmendruckschrift Spectra-Physics GmbH, 1983, wird beschrieben, für Höhenmessungen eine herkömmliche Meßlatte einzusetzen, auf der ein von Hand verschiebbarer Laserdetektor angeordnet ist Trifft auf den Larerdetektor ein Laserstrahl auf, so gibt er ein optisches oder akustisches, aber kein höhencharakteristisches Signal ab, welches zum Ablesen der so identifizierten Höhe an der Meßlatte auffordert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßlatte der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine schnelle, vollautomatische Datenaufnahme mit anschließender Datenverarbeitung bei vergleichsweise niedrigen Kosten möglich ist.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Meßlatte auf der dem auftreffenden Laserstrahl zugewandten Seite mit über ihre Länge unter-

schiedlichen Codierungen versehen ist, die mit Hilfe des Laserstrahls auslesbar sind. Die Codierungen sind so vorgesehen, daß über die Länge der Meßlatte Meßbereiche in der gewünschten Auflösung definiert sind. Trifft der umlaufende Laserstrahl während des Meßvorgangs auf die aufrecht stehende Meßlatte auf, so gibt das auszulesende Signal den Auftreffbereich des Laserstrahls als die Meßlatte — und mithin z. B. die gesuchte Höhe — wieder. Das entsprechend der Codierung erzeugte optische Signal wird mit Hilfe optoelektronischer Bauelemente in ein elektrisches Signal umgesetzt und mittels einer elektronischen Schaltung verarbeitet und angezeigt. Diese elektronische Schaltung kann an der Meßlatte oder getrennt von dieser, z. B. verbunden über elektrische Leitungen, vorgesehen sein. Die Anzeige erfolgt zweckmäßigerweise in digitaler Form unter Angabe des Abstandes des Auftreffbereichs gegenüber dem Fußpunkt der Meßlatte. Die erfindungsgemäße Meßlatte zeichnet sich durch eine für den täglichen Baustellenbetrieb geforderte Robustheit aus.

hen, daß die Meßlatte im wesentlichen auf der gesamten, dem einfallenden Laserstrahl zugewandten Seite mit einer für das Laserlicht photoelektrisch empfindlichen Schicht versehen ist, auf der die Codierungen angebracht sind.

Gemäß der Erfindung können die Codierungen auf zweierlei Weise vorgesehen sein. Einmal kann die photoelektrische empfindliche Schicht mit einer lichtdurch-

3 4

lässigen Abdeckung versehen sein, in der Iichtdurchläs- reich, kennzeichnet Sie ist auf der dem einfallenden

sigen Ausnehmungen vorgesehen sind. Die lichtun- Laserstrahl 3 zugewandten Seite mit einer photoelek-

durchlässige Abdeckung kann beispielsweise eine licht- trisch empfindlichen Schicht 10 versehen, die ihrerseits

undurchlässige Folie, oder ein Blech, in dem entspre- mit der Codierung 6 versehen ist Beim Überqueren der

chend der Codierung Ausnehmungen vorgesehen sind, 5 Meßlatte 5 wird durch den Laserstrahl 3 dann in der

sein. Auch kann die photoelektrisch empfindliche lichtempfindlichen Schicht 10 eine der Codierung 6 ent-

Schicht entsprechend lichtundurchlässig bedruckt sein. sprechende Strom- bzw. Spannungsfolge erzeugt Mit

Andererseits ist es gemäß der Erfindung ebenfalls Hilfe einer einfachen elektronischen Schaltung können möglich, die lichtempfindliche Schicht mit lichtundurch- die jeweiligen Pulsfolgen einer bestimmten Höhe auf lässigen Marken zu versehen. Diese können ebenfalls io der Meßlatte zugeordnet und anschließend ausgegeben, lichtundurchlässige Abschnitte sein, die beispielsweise abgespeichert und/oder weiterverarbeitet werdea Da aufgedruckt oder, sofern es sich um Folien oder andere bei fester Rotationsgeschwindigkeit des Laserstrahles 3 Abdeckungen handelt, aufgeklebt sein können. Auch ist die Pulsfrequenz von dem Abstand Lasersender-Meßes möglich, die photoelektrisch empfindliche Schicht mit latte abhängt, sind durch zusätzliche Markierungen 11, Ausnehmungen zu versehen, die den Codierungen ent- 15 12 auf der Latte 5 ein vom Laserstrahl 3 erzeugter Startsprechen, und Stoppuls für die Elektronik zu erzeugen. Diese

Eine Variation der Erfindung ergibt sich dann, wenn Markierungen 11, 12 können gleichzeitig zur groben die Meßlatte anstelle der photoelektrisch empfindlichen Abschätzung der Entfernung des Lasersenders vom Schicht mit einer lichtleitenden und/oder fluoreszieren- Meßpunkt herangezogen werden,
den Schicht versehen ist, die die Codierungen wiederge- 20 Zur Vermeidung von Meßfehlern, die durch Umgebenden Lichtpulse zu Photodetektoren weiterleitet bungslicht hervorgerufen werden können, empfiehlt es Hierbei wären die Photodetektoren zweckmäßigerwei- sich, die lichtempfindliche Schicht der Meßlatte mit FiI-se direkt an der Meßlatte mit vorzusehen. Die dort er- tern, die nur für das Laserlicht durchlässig sind, zu überzeugten elektrischen Signale können dann wie oben be- ziehen.

reits angegeben, in herkömmlicher Weise weiterverar- 25 Eine Alternative zu dem bisher beschriebenen System

beitet und angezeigt werden. ergibt sich aus der Möglichkeit, die photoempfindliche

Um den mittels der Codierung festzulegende Infor- Schicht durch eine lichtleitende Struktur zu ersetzen,

mationsgehalt möglichst steigern zu können, wird in Diese muß die der Codierung erzeugten Laserlichtpulse

weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, zu einem ihrer Enden weiterleiten, wo sie dann durch

daß die Schicht in Längsrichtung der Meßlatte in An- 30 konventionelle Photodetektoren in elektrische Impulse

passung an die Codierungen unterteilt ist Die mit der umgesetzt werden können. Entsprechende Effekte las-

Codierung erzielbare Informationsdichte wird hiermit sen sich dabei auch durch Verwendung fluoreszierender

gesteigert, so daß die Meßlatte selbst vergleichsweise Beläge erzielen, die das vom Laser erzeugte Fiuores-

schmal und handlich gehalten werden kann. zenzlicht zum Photodetektor weiterleiten.

Schließlich wird gemäß der Erfindung noch vorge- 35 Je nach Bedarf kann es sich dabei um eine homogene schlagen, daß anstelle der photoelektrisch empfindli- »lichtleitende« Struktur oder um eine geeignete Anordchen Schicht eine im wesentlichen gerichtet reflektie- nung »lichtleitender« Streifen handeln. Wird im letzterende Schicht vorgesehen ist, die die Codierungen wie- ren Fall das Licht jedes Streifens von einer gesonderten dergegebenden Lichtpulse zu einem mit dem Laser- Photodiode nachgewiesen, dann ergibt sich daraus die strahl synchron rotierenden Photodetektor reflektiert 40 Möglichkeit, die Codierung 6 spaltenweise, also mit er-Bei dieser Ausführungsform ist die erfindungsgemäße höhter Informationsdichte abzutasten.
Meßlatte vergleichsweise einfach ausgebildet Die die Eine weitere Variante des beschriebenen Systems erCodierungen wiedergebenden Signale werden im Be- gibt sich aus der Möglichkeit, anstelle der lichtempfindreich des Lasersenders von einem Photodetektor emp- liehen Schicht kommerziell verfügbare Reflektoren fangen und weiterverarbeitet Es hat sich gezeigt, daß 45 oder eine Reflektorfolie auf der Meßlatte zu benutzen, insbesondere im Bereich von räumlich relativ begrenz- Zusammen mit der darauf aufgebrachten Codierung, ten Baustellen die Richtwirkung einer solchen reflektie- z. B. durch Bedrucken, liefert diese Kombination ein die renden Schicht ausreicht, um die notwendige Meßge- Höhe kennzeichnendes Muster aus reflektierenden und nauigkeit sicherzustellen. nicht reflektierenden Bereichen auf der Meßlatte. Ist

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er- 50 der Reflektor so beschaffen, daß er das auftreffende

findung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung Laserlicht in seiner Einfallsrichtung reflektiert, wie das

sowie anhand der schematischen Zeichnung. Hierbei z. B. von Prismenreflektoren her bekannt ist, dann kann

^ze'g^l die Umsetzung des optischen Signals in ein elektrisches

F i g. 1 eine grundsätzliche Darstellung der Arbeits- Signal am Lasergerät selbst erfolgen. Mit Hilfe einer

weise eines erfindungsgemäßen laseroptischen Vermes- 55 geeigneten Linse oder eines um den Primärstrahl ange-

sungssystems; ordneten Spiegels können dann nämlich die reflektier-

F i g. 2 eine teilweise Stirnansicht einer Meßlatte des ten Lichtpulse auf einen kleinen, kommerziell verfügba-

erfindungsgemäßen Systems und ren Photodetektor abgebildet und von der nachgeschal-

F i g. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der F i g. 2. teten Elektronik weiterverarbeitet werden. Der Spiegel

Gemäß F i^g. 1 ist ein Lasersender 1 auf einem Stativ 2 60 und der Photodetektor müssen sich dabei mit dem La-

angeordnet. Der Läsersender 1 sendet einen Laserstrahl Scfsifähi drehen. Zur Vermeidung von Meßfehlern

3 in eine horizontale Richtung aus. Letzterer rotiert in durch Umgebungslicht sollte auch bei dieser Variante

der Regel durch Ablenkung über eine Spiegel oder ein der Photodetektor durch geeignete Filter geschützt

Prisma in der horizontale Ebene um eine Achse 4, wobei weraen.

er dann auf eine Meßlatte 5 auftrifft. 65 Zur Gewährleistung eines beliebigen Ableseortes

Diese Meßlatte 5 ist über ihre gesamte Länge mit kann das vom Photodetektor erzeugte elektrische Si-

einer längenspezifischen Codierung versehen, die ein- gnal über einen einfachen Sender ausgestrahlt und mit

zelne Meßbereiche, beispielsweise den Zentimeterbe- einem entsprechenden, tragbaren Empfänger an jeden

beliebigen Ort der Baustelle, insbesondere auch an der Meßlatte 5 selbst, empfangen und abgelesen werden. Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Systemvariante ist in der Tatsache zu sehen, daß nur einfache, kostengünstige, kommerziell verfügbare Komponenten eingesetzt werden und daß die Meßlatte 5 selbst relativ unempfindlich gegenüber mechanischer Beanspruchung bleibt

In der F i g. 2 ist eine teilweise Stirnansicht einer mit einer Codierung 6 versehenen Meßlatte 5 gezeigt. Beim Überstreichen der Meßlatte 5 etwa auf Höhe der gestrichelten Linie 7 durch den Laserstrahl 3 wird in etwa ein elektrisches Signal gemäß Bezugsziffer 8 erzeugt, welches charakteristisch beispielsweise für die Höhe gegenüber dem Fußpunkt der Meßlatte 5 ist.

In der F i g. 3 ist der Gegenstand der F i g. 2 im Schnitt längs der Linie 3-3 gezeigt. Die Meßlatte 5 besteht demnach aus der eigentlichen Latte 9 aus einem Trägermaterial, wie Holz, Kunststoff oder Metall. Sie ist mit einer photoelektrisch empfindlichen Schicht 10 bedeckt, wobei beim gezeigten Ausführungsbeispiel die Codierung 6 in Ausnehmungen der Schicht 10 vorgesehen ist Die Codierung kann auch derart vorgenommen werden, daß sie auf die nicht unterbrochene Schicht 10 beispielsweise aufgeklebt oder aufgedruckt ist. In diesem Fall sind die Codierungsmarken 6 aus einem Material gefertigt, welches für Laserlicht undurchlässig ist Als photoelektrisch empfindliche Schicht 10 kommen beispielsweise Cadmiumselenid, Cadmiumsulfid, amorphes Silizium oder eine photovoltaische Zelle in Frage.

Die Schicht 10 ist mit elektrischen Leitern (nicht dargestellt) versehen, über die die erzeugten Signale 8 abgenommen und einer elektrischen Schaltung zur Weiterverarbeitung zugeführt werden.

Anstelle der photoelektrisch empfindlichen Schicht 10 kann auch eine lichtleitende oder fluoreszierende Schicht 10 vorgesehen sein. In diesem Fall sind in dem Randbereichen dieser Schicht 10 Photodetektoren vorzusehen, welche die gewonnenen Lichtimpulse in elektrische Signale umwandeln. Ansonsten erfolgt die Weiteigverarbeitung wie in Verbindung mit den F i g. 2 und 3 beschrieben.

Schließlich kann die Schicht 10 auch als Reflektionsschicht ausgebildet sein. In diesem Fall werden die reflektierten Lichtpulse auf einen Photodetektor abgebildet der im Bereich des Lasersenders angeordnet ist und mit dem Laserstrahl 3 rotiert Eine nachgeschaltete Elektronik verarbeitet dann die gewonnene Pulsfolge weiter.

Bei jeder der beschriebenen Ausführungsvarianten kann die Meßgenauigkeit und Empfindlichkeit deutlich erhöht werden, wenn die Schicht 10 mit einem Filter für Tageslicht versehen ist so daß tatsächlich nur auftreffendes Laserlicht zur Gewinnung der Signale wirksam wird. Dieses Filter kann wiederum eine Folie sein, die auf der Schicht 10 angeordnet ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Meßlatte für ein laseroptisches Nivelliersystem, bei dem ein Laserstrahl in einer horizontalen Ebene rotiert und auf die Meßlatte auftrifft, wobei ein charakteristisches Signal erzeugbar ist,dadurchgekennzeichnet, daß die Meßlatte (5) auf der dem auftreffenden Laserstrahl (3) zugewandten Seite mit über ihre Länge unterschiedlichen Codierungen (6) versehen ist, die mit Hilfe des Laserstrahls (3) auslesbar sind.

2. Meßlatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichet, daß sie im wesentlichen auf der gesamten, dem einfallenden Laserstrahl (3) zugewandten Seite mit einer für das Laserlicht photoelektrisch empfindlichen Schicht (10) versehen ist, auf der die Codierungen (6) vorgesehen sind.

3. Meßlatte nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrisch empfindliche Schicht (10) mit einer lichtundurchlässigen Abdekkung versehen ist, in der lichtdurchlässige Ausnehmungen vorgesehen sind.

4. Meßlatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Schicht (10) mit lichtundurchlässigen Marken versehen ist

5. Meßlatte nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie anstelle der photoelektrisch empfindlichen Schicht (10) mit einer lichtleitenden und/oder fluoreszierenden Schicht (10) versehen ist, die die Codierungen (10) wiedergebenden Lichtpulse zu Photodetektoren weiterleitet

6. Meßlatte nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (10) in Längsrichtung der Meßlatte in Anpassung an die Codierungen (6) unterteilt ist.

7. Meßlatte nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der photoelektrisch empfindlichen Schicht (10) eine im wesentlichen gerichtet reflektierende Schicht (10) vorgesehen ist, die die Codierungen (6) wiedergebenden Lichtpulse zu einem mit dem Laserstrahl (3) synchron rotierenden Photodetektor reflektiert.