DE3404495A1

DE3404495A1 - Polygonzug-vermessungsverfahren und vermessungseinrichtung

Info

Publication number: DE3404495A1
Application number: DE19843404495
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Phys. Kurfürst; Johannes Dipl.-Phys. 8000 München König; Martin 8000 München Reuter; Hans-Günther Dipl.-Phys. 8047 Karlsfeld Willers
Original assignee: Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Current assignee: Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Priority date: 1984-02-09
Filing date: 1984-02-09
Publication date: 1985-08-14
Also published as: IT8512421A0; JPS60187810A; GB8503191D0; FR2559577B1; GB2155271A; GB2155271B; IT1186818B; FR2559577A1; US4732472A

Description

R»g.-Nr.

Anm.: Gewerkschaft Eisenhütte Westfalia, 4670 Lünen

Titel: Polygonzug-Vermessungsverfahren und Vermessungseinrichtung

Die Erfindung betrifft ein Polygonzug-Vermessungsverfahren zur Positionsbestimmung eines ortsveränderlichen Meßpunktes sowie eine Vermessungseinrichtung zur Ausübung des Verfahrens .

Es sind bereits Verfahren bekannt, die mit Hilfe eines räumlich fixierten Laserstrahls, der als raumfester Leitstrahl dient, arbeiten. Da der Laserstrahl räumlich fixiert ist und er demgemäß nur eine einzige Information über eine Richtung liefert, ist eine Bestimmung der Raumkoordinaten eines Meßpunkts nicht möglich. Insbesondere ist eine kontinuierliche Vermessung des Abstandes zwischen dem Laser und dem Meßpunkt und demgemäß eine dreidimensionale Lokalisierung des Meßpunktes nicht erreichbar.

Ausgehend von dem für für geodätische Zwecke bekannten Polygonzug-Vermessungsverfahren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zu dessen Ausübung geeignete Einrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der Sich auch auf automatische und, falls erwünscht, kontinuierliche Weise eine für viele technische Anwendungszwecke hinreichend genaue Ortsvermessung zuverlässig durchführen läßt. Ferner ist die Erfindung auf Komponen-

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ten gerichtet, die sich mit besonderem Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und dessen Einrichtung verwenden lassen.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Polygonzug-Messung mit Hilfe von die Polygonseiten darstellenden Lasermeßstrecken durchgeführt wird, vorzugsweise rechnergesteuert auf automatischem Wege.

Dieses mit Lasermeßstrecken arbeitende Verfahren nach der Erfindung läßt sich mit besonderem Vorteil zur Bestimmung der Raumkoordinaten eines räumlich bewegten Gerätes od.dgl, das eine Maschine, einen Maschinenteil oder eine maschinelle Vorrichtung, wie z.B. eine Vortriebs- oder Abbaumaschine, ein Vortriebsschild für den Tunnel- oder Streckenvortrieb u.dgl. sein kann, einsetzen. Das Verfahren ermöglicht eine einfache, zuverlässige, automatische sowie ggf. auch kontinuierliche Positionsbestimmung mit Vermessung des Meßpunktes bzw. des Gerätes auch über große Entfernungen hinweg. Dabei können im Betrieb laufend die Koordinaten des Meßpunktes im Bezug auf das Koordinatensystem eines in seiner Lage bekannten Referenzpunktes bestimmt werden. Die Polygonzug-Messung wird im allgemeinen über mindestens zwei die Polygonpunkte bildende Hilfspunkte durchgeführt,von denen der erste Punkt des Polygonzuges den in seiner Raumlage bekannten Referenzpunkt bildet, der in größerem Abstand von dem Meßpunkt angeordnet sein kann. Bei der Durchführung der Vermessung kann dann von dem Referenzpunkt ausgehend sukzes sive die relative Lage der Koordinatensysteme der einzelnen Hilfspunkte rechnergesteuert unter Verwendung herkömmlicher Meßgeräte, wie Winkelmeßgeräte, bestimmt werden und es wird aus den so erhaltenen Werten die jeweilige Ist-Position des Meßpunktes mittels eines Rechners ermittelt. Die relative Lage der Koordinatensysteme zweier im Polygonzug aufeinanderfolgender Punkte kann in bekannter Weise durch Koordinatentransformation in Abhängigkeit von sechs linear unab-

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hängigen Variablen eindeutig bestimmt werden.

Die Lasermeßstrecken werden vorzugsweise in Reflexion der Laserstrahlen zum Ausgangspunkt betrieben. Ferner empfiehlt es sich, die ermittelten Meßdaten über die Lasermeßstrecken durch Modulation der Laserstrahlen vom einen Hilfspunkt zum nächsten zu übertragen. Die Bestimmung der Koordinaten der Hilfspunkte des Polygonzuges erfolgt zweckmäßig durch Winkelmessung in Kombination mit einer Messung der Abstände der Hilfspunkte, d.h. der Längen der Polygonseiten. Die Längenmessung kann in einfacher und zuverlässiger Weise mit Hilfe einer Laufzeitmessung der Laserstrahlen zwischen den Hilfspunkten durchgeführt werden. Eine Zentraleinheit mit einem zentralen Rechner erhält sämtliche Informationen über die Relativkoordinaten der Polygonzugteilstrecken und -richtungen zugeführt und errechnet aus diesen Informationen die jeweilige Ist-Position des Meßpunktes.

zweckmäßig Bei automatischer Vermessung bildet/jeder Polygonpunkt des Polygonzuges ein rechnergesteuertes Subsystem, d.h. eine Meßstation mit stationseigenem Rechner (Mikroprozessor) für die Erfassung und Übertragung der gemessenen Raumdaten. Dabei werden, wie erwähnt, von einem am Ausgang des Polygonzuges befindlichen Referenzpunkt ausgehend sukzessiv die relative Lage der Koordinatensysteme der Polygonpunkte rechnergesteuert bestimmt und aus den so erhaltenen Werten die jeweilige Ist-Position des Meßpunktes mittels eines Zentralrechners ermittelt.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren mit Reflexion der Laserstrahlen betrieben wird, werden an den betreffenden Meßstationen Detektoren für die Ermittlung der reflektierten Laserstrahlen vorgesehen.

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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann mit Vorteil die im Anspruch 8 gekennzeichnete Einrichtung verwendet werden, vorzugsweise in der Ausführung nach Anspruch 9 und/oder 10. Dabei weist jede Meßstation einen eigenen Rechner (Mikroprozessor) auf, der die Meßdaten registriert und sie entweder dem Rechner der im Polygonzug nachfolgenden Meßstation oder aber einem zentralen Rechner zuführt. Die mit einem Laser ausgestatteten Meßstationen sind zur Durchführung des AnpeilVorganges rechnergesteuert verstellbar, insbesondere um vertikale und horizontale Achsen drehbar gelagert. Ferner empfiehlt es sich, Vorrichtungen für die Durchführung der Laufzeitmessungen der Laserstrahlen und/oder für die Datenübertragung Vorrichtungen zur Modulierung und Demodulierung der Laserstrahlen vorzusehen. Das genannte Anpeilglied besteht vorzugsweise aus einem Reflexionsglied, insbesondere einem Tripelspiegel. Dieser erhält zweckmäßig in seiner Achse ein Fenster, wobei hinter dem Fenster ein optoelektronischer Sensor, insbesondere ein CCD-Array zur Bestimmung der Richtung des auftreffenden Laserstrahls angeordnet ist.

Mit besonderem Vorteil findet bei der erfindungsgemäßen Einrichtung an den die Laser aufweisenden Meßstationen (Polygonpunkten) ein Lasertastkopf der im Anspruch 15 gekennzeichneten Ausbildung Verwendung, der sich vor allem durch einfache, zuverlässige und insbesondere kompakte Bauweise auszeichnet und der sich mit den Merkmalen der Ansprüche 16 bis 18 in vorteilhafter Weise weiter ausgestalten läßt. Das gleiche gilt für das in den Ansprüchen 19 bis 22 beanspruchte eindimensionale optische Auge, welches ebenfalls mit Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Vermessungssystem Verwendung finden kann, ohne hierauf aber beschränkt zu sein.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher er-

läutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Polygonzug-Vermessungsstrecke zur Bestimmung der Raumposition eines Meßpunktes;

Fig. 2, 2A und 2B jeweils eine erfindungsgemäße Einrichtung in einem Blockbild;

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Lasermeßkopf;

Fig. 4 bis 8 verschiedene Ausführungsformen der einzelnen Meßstationen, welche die Polygonpunkte des Polygonzuges repräsentieren;

Fig. 9 ein erfindungsgemäßes eindimensionales optisches Auge.

Der in Fig. 1 gezeigte Polygonzug umfaßt die Polygonpunkte

A, B> B, ... B und C. Der Polygonpunkt A ist ein raumfester, in seinen Raumkoordinaten bekannter Referenzpunkt, von dem ausgehend die Polygon-Vermessung des am Ende des Polygonzuges befindlichen Meßpunktes C durchgeführt wird. Zwischen den Polygonpunkten A und C befindet sich mindestens ein weiterer Polygonpunkt B als Hilfspunkt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Hilfspunkte B und

B, gezeigt, wobei der eine B sich im Sichtabstand zu dem Polygonpunkt A und der andere B, sich im Sichtabstand zu den Polygonpunkten B und C befindet. Die Polygonpunkte B sind nur erforderlich, wenn keine Sichtverbindung zwischen den Polygonpunkten A und C besteht.

Der Polygonpunkt C ist räumlich beweglich. Er wird von einem räumlich beweglichen Gerät gebildet oder befindet sich an einem solchen Gerät, z.B. an einer Vortriebsmaschine, ei nem Vortriebsschild od.dgl. Die Koordinaten des raumfesten Polygon- bzw. Refeisizpunktes A können durch Rückwärtsjustierung auf mindestens einen in seiner Lage geodätisch bzw.

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markscheiderisch vermessen/festen Hilfspunkt A¹ bestimmt und bei Bedarf in zeitlichen Abständen überprüft werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Vermessungsverfahren bilden die einzelnen Polygonpunkte A, B und C Meßstationen, welche die verschiedenen Komponenten für die Durchführung der Messungen und die Übertragungen der Meßdaten aufweisen. Die Polygonseiten A-B und B-C des dreidimensionalen vektoriellen Polygonzugs werden jeweils durch eine Lasermeßstrecke realisiert, die zusätzlich eine unidirektionale Datenübertragung von der einen Meßstation A bzw. B zur nächsten Meßstation B bzw. C bilden kann. Jede Meßstation, A, B, B, und C bildet ein rechnergesteuertes Subsystem. Die Auswertung der letzten Daten erfolgt durch einen zentralen Rechner D. Bei der Anordnung nach Fig. 2 werden die von den einzelnen Meßstationen A, B und C ermittelten Daten unmittelbar über jeweils einen Datentransfer dem zentralen Rechner D zugeführt, der aus den ermittelten Daten die Raumkoordinaten des Meßpunktes C ermittelt. Bei der Anordnung nach Fig. 2A werden die an den einzelnen Meßstationen A, B ... C ermittelten Meßdaten jeweils über die Lasermeßstrecke der nächsten Meßstation zugeführt, welche die Daten verarbeitet. Lediglich die letzte Meßstation C des Polygonzuges ist mit dem zentralen Rechner D gekoppelt, der aus den über die verschiedenen Lasermeßstrecken übermittelten Daten die Raumkoordinaten des Meßpunktes C ermittelt. Die Anordnung nach Fig. 2B ist eine Kombination der in den Fig. 2 und 2A gezeigten Hierarchiestrukturen. Hier werden die an der Meßstation A ermittelten Meßdaten über die Laserstrecke der Meßstation B und von dieser dem zentralen Rechner D zugeführt, der außerdem über einen Datentransfer mit der letzten Meßstation C gekoppelt ist.

Die Informationen über die Anfangskoordinaten und die Richtungen der einzelnen Teilstrecken (Polygonseiten) werden demgemäß ermittelt und mit Hilfe der Rechner so verarbeitet, daß an jedem Punkt des Polygonzugs, d.h. an jeder Meßstation, die notwendigen Informationen zur

Berechnung der Raumkoordinaten dieses Punkts zur Verfügung stehen. Die einzelnen Lasermeßstrecken zwischen den Meßstationen werden mit Hilfe eines Lasers am vorderen Ende der Meßstrecke und mit Hilfe eines Tripelspiegels am hinteren Ende der Meßstrecke dargestellt. Das Anpeilen und Vermessen der als Anpeilglieder dienenden Tripelspiegel erfolgt auf automatischem Wege, wie weiter unten noch näher erläutert wird.

Die Subsysteme der einzelnen Meßstationen A, B, C sind demgemäß über die Lasermeßstrecken optisch gekoppelt, wobei die Übertragung der Meßdaten entweder unmittelbar zum zentralen Rechner D oder aber über die Laserstrahlen erfolgt. Bei der Ausführung nach Fig. 2B sind die beiden Meßstationen B und C jeweils über eine Kabelverbindung an den zentralen Rechner D angeschlossen, der die ermittelten Meßdaten von den Meßstationen B und C zugeführt erhält und dadurch in der Lage ist, die Raumposition des von der Meßstation C repräsentierten Meßpunktes exakt zu bestimmen.

Die Bestimmung der Raumdaten erfolgt zweckmäßig im Polarkoordinatensystem. Hierzu brauchen lediglich die Länge R, Rl, R2 usw. der Lasermeßstrecken (Fig. 1) sowie jeweils zwei Winkel bestimmt zu werden. Die Koordinaten der ver-

schiedenen relativen Koordinatensysteme der einzelnen Polygonpunkte können in bekannter Weise ineinander umgerechnet werden, wenn die relative Lage der Koordinatensysteme zueinander in ihrer Art bekannt ist. Die relative Lage zweier Koordinatensysteme kann angegeben werden durch die Koordination des Ursprungs eines der beiden Koordinatensysteme bezüglich des anderen (3 Variable) sowie durch drei Winkel, die die Lage der Achsen der beiden Koordinatensysteme relativ zueinander beschreiben, die Transformation der Koordinaten vom einen in das andere System kann dann in bekannter Weise durch Tensoroperation erfolgen. Eine Koordinatentransformation im dreidimensionalen Raum ist damit durch sechs lineare unabhängige Variable eindeutig definiert. Bei der Durchführung des Vermessungsverfahrens wird demgemäß die relative Lage der Koordinatensysteme der Polygonpunkte A, B und C sukzessive bestimmt und es werden aus den relativen Koordinaten des Meßpunktes C die Koordinaten bezüglich des

A A'

Referenzsystems /,also die absoluten Raumkoordinaten bestimmt. Die Messung der Koordinaten erfolgt dabei durch Winkelmeßgeräte einerseits sowie durch die Messung der Längen der Teilstrecken des Polygonzuges, wie dies weiter unten noch näher erläutert wird. Während die Messung der Winkel zwischen ein- und ausfallendem Laserstrahl durch Winkelkodierer und die Winkel bezüglich der Horizontalen durch Inklinometer ermittelt werden, erfolgt die Vermessung der jeweiligen Längen R, Rl, R2 usw., wie erwähnt, durch Laserabstandsmessung. Die Lasermeßstrecken werden dabei in Reflexion betrieben, d.h. der von dem Laser gelieferte Laserstrahl wird am Ende der Lasermeßstrecke zum Ausgangspunkt reflektiert. An den Meßstationen A und B befindet sich zu diesem Zweck jeweils ein rechnersteuerbarer Laser, während an den Meßstationen B und C jeweils als Anpeil- und Reflexionsglied ein Tripelspiegel vorhanden ist. Die Laser sind Bestandteil eines Lasermeßkopfes, der nachfolgend im Zusammenhang mit Fig. 3 näher beschrieben wird.

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Der Lasermeßkopf 1, dessen Aufgabe, wie erwähnt, darin besteht, die räumlichen Positionen des an der nächstfolgenden Meßstation befindlichen Tripelspiegels 2 selbständig aufzufinden und zu vermessen, bildet gemäß Fig. 3 eine geschlossene Baueinheit in Gestalt eines Zylinderkörpers. Bei Verwendung des Lasermeßkopfes 1 in Verbindung mit einem Tripelspiegel 2 wird davon ausgegangen, daß ein in einen Tripelspiegel fallender Laserstrahl parallel zum einfallenden Strahl unter einem Abstand reflektiert wird, der eine eindeutige Funktion des Laserstrahlabstandes vom Tripelspiegel Zentrum ist. Beim Überstreichen eines Tripelspiegels mit einem parallelen Lichtbündel nimmt daher der Parallelversatz des reflektierten Strahls zunächst ab, bis die zentrumsnächste Position des Strahls erreicht wird, und wächst dann wieder an. Dabei wird der Laserstrahl stets in die Richtung parallel versetzt, in der, vom ausgesandten Strahl aus gesehen, das Zentrum des Tripelspiegels zu suchen ist. Um den Laserstrahl exakt auf das Zentrum des Tripelspiegels zu richten, muß demgemäß der Laser so lange in die Richtung gedreht werden, in der der reflektierte Strahl zurückkommt, bis der Laserstrahl exakt in sich selbst zurückläuft. Das Regelkriterium ist also Parallelversatz Null.

Mit der vorstehend beschriebenen Methode kann daher ein Tripelspiegel 2 einer Meßstation B oder C in einem größeren Raumbereich automatisch aufgefunden werden, wenn bekannt ist, daß sich in diesem Raumbereich nur ein einziger Tripelspiegel befindet. Ist der Tripelspiegel 2 von dem Lasermeßkopf der im Polygonzug davorliegenden Meßstation B oder A gefunden, so kann er mit Hilfe desselben Kriteriums auf sein Zentrum geregelt werden. Der Abstand des Tripelspiegels von dem Laser, d.h. also die Länge der jeweiligen Polygonseite läßt sich über eine Laufzeitmessung ermitteln. Die Richtung, d.h. zwei Winkel, und der Abstand des Tripelspiegels 2 vom Laser aus geben die Polarkoordinaten des Tripelspiegels. Der Lasermeßkopf 1, von denen sich jeweils einer an den Meßstati-

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onen A und B befindet, ist eine gegenüber dem zugeordneten Tripelspiegel 2 der folgenden Meßstation bewegliche Baueinheit. Der Lasermeßkopf 1 weist einen Laser 3 als Laserstrahlquelle auf. Der Laserstrahl wird vor einer Aufweitoptik 4 mit Hilfe einer Strahlteilerplatte 5 od.dgl. geknickt. Der Laser 3 ist demgemäß rechtwinklig zur Achse der Aufweitoptik 4 und der im Abstand davorliegenden Strahlteilerplatte 5 angeordnet, wodurch sich eine verhältnismäßig kleine Baugröße des Lasermeßkopfes 1 ergibt. Der Laserstrahl verläßt den Lasermeßkopf durch ein Fenster 6 in einem Linsensystem 7. Der von dem Tripelspiegel 2 reflektierte Laserstrahl läuft im Lasermeßkopf 1 verschiedene Wege: Der zentrisch, also innerhalb des Emissionsfensters 6 einfallende Teil des Laserlichtes wird zuerst von der nun invers arbeitenden Aufweitoptik 4 konzentriert und nach dem Durchtritt durch die aus einem halbdurchlässigen Spiegel bestehende Strahlteilerplatte 5 mit einer zusätzlichen (nicht dargestellten) Linse auf eine schnelle Photodiode 8 fokussiert. Diese mißt die Laufzeit des Laserstrahls, um über die Laufzeit den Abstand des Tripelspiegels von dem Lasermeßkopf, d.h. also die Länge der jeweiligen Lasermeßstrecke (Polygonseite) zu bestimmen.

Der außerhalb des Sendestrahls zurückkommende Teil des reflektierten Laserstrahls trifft auf das Linsensystem 7. Dieses besteht aus zwei oder, wie in Fig. 3 dargestellt, vier Segmenten von Fresnel-Linsen 7¹, welche das Fenster 6 umschließen und deren optische Achsen parallel zur zentralen Achse der Aufweitoptik 4 durch zwei bzw. vier Raumfilter 9a bis 9d verlaufen. Die Raumfilter (Blenden) 9a bis 9d sind in der Fokalebene des jeweils vorgeschalteten Fresnel-Linsensegments 7' angeordnet und haben die Aufgabe, zur optischen Achse parallele Strahlen, insbesondere Tripelspiegelreflexe, passieren zu lassen. Die Teilung der Fresnel-Linsen in Segmente ermöglicht eine sehr kurze Baulänge des Lasermeßkopfes 1, da der Strahlengang zwischen den Fresnel-

Linsen 7¹ und den Raumfiltern 9a bis 9d nicht von der Aufweitoptik 4 behindert wird. Im Abstand hinter den Raumfiltern 9a bis 9d ist jeweils ein geviertelter XY-Sensor 10a bis 1Od untergebracht, welcher eine Aussage über die Parallelverschiebung des reflektierten Lichtes vom emittierten Laserstrahl erlaubt. Jeder XY-Sensor besteht aus einem lichtempfindlichen Sensor. Aufgrund der Rotationssymmetrie des Lasermeßkopfes 1 und der drehsymmetrischen Anordnung der Komponenten 9a bis 9d und 10a bis 1Od und der axialen Anordnung der Komponenten 4, 5 und 8 ist der Lasermeßkopf exakt auf das Zentrum des Tripelspiegels 2 ausgerichtet, wenn alle vier Einzelsensoren 10a bis 1Od dasselbe Ausgangssignal liefern.

Da im abgeglichenen Fall die Hauptintensität des reflektierten Laserlidhts zentrisch zurückkommt und in jedem Fall genügend Lichtintensität zur Laufzeitmessung auf die Photodiode 8 fallen muß, ist eine zuverlässige Arbeitsweise gegeben. Da der empfangene Laserstrahl zunächst durch die Aufweitöptik 4 komprimiert (gebündelt) wird, kann die Fokussierung auf die Photodiode 8 mit einer Linse kürzerer Brennweite und damit platzsparender geschehen. Die Justierung des Lasers 3 kann auf einfache Weise durch den Spiegel 2 geschehen.

Der Laserstrahl kann zusätzlich moduliert werden, um über dieselbe Laserrichtstrecke Informationen, z.B. über die Position des Lasermeßkopfes 1 oder des Tripelspiegeis 2 zu übertragen. Die Datenaufnahme geschieht über eine Photodiode 11 (Fig. 6, 7 und 8), die hinter dem Zentrum des Tripelspiegels 2 angeordnet ist. Da der ausgerichtete Laserstrahl stets in das Zentrum des Tripelspiegel 2 trifft und in sich selbst reflektiert wird, ist zum einen sichergestellt, daß der Laserstrahl die Photodiode 11 trifft, zum anderen, daß der Sender merkt, wenn die Übertragungsstrecke durch ein Hindernis unterbrochen wird. Damit ist eine siehe-

re Datenübertragung gewährleistet.

Im folgenden werden in Verbindung mit den Fig. 4 bis 8 Ausführungsbeispiele der an den verschiedenen Polygonpunkten angeordneten Meßstationen A, B und C beschrieben. Die Meßstation A gemäß Fig. 4 ist als Baueinheit um eine horizontale Achse H und eine vertikale Achse V gesteuert drehbar aufgehängt. Die vertikale Achse V ist dabei ortsfest montiert. Das Suchen und Vermessen eines Tripelspiegeis 2 an der angepeilten Meßstation B geschieht durch Drehen der gesamten Meßstation A um diese Achsen H und V mittels eines geeigneten (nicht dargestellten) Drehantriebs. Die Koordinaten des angepeilten Tripelspiegels 2 der Meßstation B werden dann über die Lasermeßstrecke unidirektional an die Meßstation B (Fig. 2A und 2B) oder zum zentralen Rechner D (Fig. 2) weitergegeben.

Die Meßstation A gemäß Fig. 4 besteht aus einem hier schematisch angedeuteten Lasermeßkopf 1, einem Querneigungsgeber 12, einem Präzisionsneigungsgeber 13 und einem nordsuchenden Navigationssystem (Kreiselkompaß). Diese Komponenten sind zu der um die Achsen H und V räumlich bewegbaren Baueinheit 15 zusammengeschlossen. Die Meßstation A weist außerdem den (nicht dargestellten) Drehantrieb sowie den (ebenfalls nicht dargestellten) stationseigenen Rechner (Mikroprozessor) auf. Der vom Laser 1 gelieferte Laserstrahl der Lasermeßstrecke ist mit 16 bezeichnet. Die Neigungsgeber 12 und 13 legen die Längsneigung des Systems bezüglich der Horizontalen fest. Das nordsuchende Navigationssystem 14 bestimmt den Winkel zwischen der Nord-Süd-Achse der Erde und der Meßstation A. Die Koordinaten der Meßstation A können durch Anpeilen eines Tr.ipelspiegels 2 bekannter Position, gemäß Fig. 1 des Tripelspiegels am Referenzpunkt A¹, ermittelt werden, wobei die zusätzlich notwendige Richtungsinformation durch die Neigungsgeber 12 und 13 und das nordsuchende Navigationssystem 14 gele^fert werden.In entsprechender Wei se wird von der Meßstation A aus ein Tripelspiegel 2 an der

zunächst unbekannten Position der Meßstation B vermessen.

Die Meßstation A gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 4 im wesentlichen nur dadurch, daß anstelle des nordsuchenden Navigationssystems 14 ein Inkrementalwinkelkodierer 17 und ein Prazisionswxnkelkodxerer 18 vorgesehen sind. Durch Anpeilen des am Referenzpunkt A' befindlichen Tripelspiegels 2 wird hier der Nullpunkt der Inkrementalwinkelgeber 17 und 18 für die Achsen H und V festgelegt. Die zusätzlich benötigte dritte Winkelinformation liefern die beiden Neigungsgeber 12 und 13.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Meßstation B, die in ihrem Aufbau ähnlich derjenigen nach Fig. 5 ist, jedoch zusätzliche Komponenten enthält. Im einzelnen umfaßt die Meßstation B zusätzlich zu dem rechnergesteuerten Drehantrieb (nicht dargestellt) einen Lasermeßkopf 1, einen Querneigungsgeber 12, einen Prazisionsneigungsgeber 13, einen vertikalen Winkelgeber 17, einen horizontalen Winkelgeber 18 noch einen Tripelspiegel 2, die ihm zugeordnete Photodiode 11 und ein sogenanntes eindimensionales optisches Auge 19. Auch hier sind sämtliche Komponenten zu einer Baueinheit zusammengefaßt, die sich mit Hilfe des rechnergesteuerten Drehantriebs um die horizontale und vertikale Drehachse drehen läßt. Die Photodiode 11 dient zur Laserdemodulation. Zusätzlich kann zur Erhöhung der Genauigkeit bei großen Längs- oder Querneigungen je ein horizontaler und vertikaler Winkelkodierer eingebaut werden. Die Neigungsgeber bestimmen dann den Nullpunkt der Winkelkodierer (Horizontale). Größere Neigungen, bei denen die Neigungsgeber ungenauer arbeiten, können dann über die Winkelkodierer bestimmt werden.

Die Meßstation B ist gemäß Fig. 6 um die beiden Achsen H und V gesteuert drehbar. Es wäre aber auch möglich, die Meßstation B, wie in Fig. 8 gezeigt, in einem Drehpunkt vertikal

und horizontal verschwenkbar zu lagern, wobei im Abstand von dem Drehpunkt zwei Verstellschrauben 20 oder sonstige Verstellorgane zur Höhen- und Seitenverschwenkung der Meßstation B vorgesehen sind.

Die Koordinaten der Meßstation B können dem vom vorhergehenden Polygonpunkt des Polygonzugs ausgehenden Laserrichtstrahl der Meßstation A entnommen werden (Fig. 2A und 2B) oder vom zentralen Rechner D verarbeitet werden (Fig. 2). Die Richtung des von der Meßstation B ausgesandten Laserstrahls 16 wird über die beiden Neigungsgeber 12 und 13 und das eindimensionale optische Auge 19 bestimmt. Die Meßstation B sucht und vermißt selbständig den nächsten Tripelspiegel 2 am Meßpunkt C; sie sendet die Meß-Koordinaten sowie sämtliche Informationen, die über die einlaufende Lasermeßstrecke A-B kommen, über die auslaufende Lasermeßstrecke B-C weiter (Fig. 2A und 2B). Gleichzeitig können diese Informationen über eine externe Schnittstelle dem zentralen Rechner D ausgegeben werden (Fig. 2 und 2B).

Es versteht sich, daß auch eine größere Anzahl von Meßstationen B, ggf. variabler Bauweise, hintereinander geschaltet werden können, um einen beliebig langen Polygonzug aus Lasermeßstrecken aufzubauen.

Die Meßstation C stellt das letzte Glied des Polygonzugs dar. Sie umfaßt einen Tripelspiegel 2, der von der Meßstation B her angepeilt wird, ferner eine hinter dem Tripelspiegel angeodnete Photodiode 11 zur Demodulation des Laserstrahls, ein eindimensionales optisches Auge 19 mit einem Sensor 22 sowie einem Querneigungsgeber 12 und einem Längsneigungsgeber 13. Auch hier sind sämtliche Komponenten zu einer rechnergesteuerten Baueinheit zusammengefaßt, die sich ortsfest an dem zu vermessenden Gerät od.dgl. befindet. Der Querneigungsgeber 12 kann ggf. auch entfallen. Die Richtung zwischen einlaufendem Lasermeßstrahl 16 und der Verbindungslinie zur Meßstation C kann aus Neigungsgebern und ein-

dimensionalem optischen Auge 19 bestimmt werden. Die Richtungsinformation sowie die über die einlaufende Lasermeßstrecke ankommende Information können über eine externe Schnittstelle ausgegeben werden.

Gemäß den Fig. 2, 2A und 2B ist mindestens eine der B- und/ oder C-Meßstationen, im allgemeinen die letzte B-Meßstation und die C-Meßstation (Fig. 2B) über ihren stationseigenen Rechner (Mikroprozessor) mit dem zentralen Rechner D verbunden. Dieser verfügt damit über alle Informationen (Relativkoordinaten der Polygonzugteilstrecken und Richtung), die zur Berechnung des räumlichen Polygonzugverlaufs und damit zur Bestimmung der Koordinaten des Punktes C notwendig sind. Der Zentralrechner D ist gemäß Fig. 2 außer mit einer Stromzuführung 24 mit einer Eingabe für Meßdaten, sei es in Form einer handeingabe oder eines Datenträgers, versehen. Die den Referenzpunkt bildende Meßstation A, die so montiert ist, daß sowohl die Meßstation B als auch der fest vermessene Punkt A' angepeilt werden kann, weist ebenfalls eine Befehlseinheit 26 (Zustandsanzeige, Tastatur) auf, um Start-, Stopp- und Reset-Befehle geben zu können. Die vorgenannten stationseigenen Rechner (Mikroprozessoren) dienen zur Nachführung des Lasers, zur Koordinatenberechnung sowie zur Datenübertragung, wie dies im einzelnen erläutert worden ist. An der Meßstation C dient der Rechner zur Kommunikation mit dem zentralen Rechner D, mit dem er über ein Kabel gekoppelt ist.

Im folgenden wird das eindimensionale optische Auge 19 unter Bezugnahme auf Fig. 9 näher erläutert. Diese Vorrichtung dient zur Bestimmung des Neigungswinkels der betreffenden Meßstation zur Horizontalen. Grundsätzlich kann das eindimensionale optische Auge 19 gemäß Fig. 9 zur Bestimmung der Richtung bzw. der räumlichen Winkelverteilung eines aus beliebiger Richtung auf eine Fläche fallenden Lichtbündels (Laserstrahls), mit hoher Auflösung für einen unabhängigen Winkel bestimmt werden. Grundsätzlich könnte diese Aufgabe

so gelöst werden, daß das einfallende Lichtbündel mittels eines Linsensystems auf ein zweidimensionales Lichtaufnahmesystem (Vidikon, zweidimensionales CCD-Array u.dgl.) abgebildet wird. Das Lichtaufnahmesystem müßte dann eine Auflösung von mindestens 4000 χ 4000 = 16 Millionen Punkten besitzen. Eine so hohe Auflösung ist zu wirtschaftlich tragbaren Kosten nicht verfügbar.

Läßt sich jedoch der nicht benötigte Winkel auf optischem Wege eliminieren, können existierende lineare Aufnehmer diese Auflösung, z.B. lineare CCD-Arrays mit z.B. nur 4096 Photoelementen eingesetzt werden. Das Problem reduziert sich damit auf die Aufgabe, ein aus beliebiger Richtung auf eine Fläche fallendes Lichtbündel auf lichtoptischem Weg so vorzuverarbeiten, daß das resultierende Lichtbündel nur noch von einem der beiden unabhängigen Einfallswinkel abhängt und von einem linearen Sensor, z.B. einem linearen CCD-Array, weiterverarbeitet werden kann. Zur Lösung dieses Problems dient das eindimensionale optische Auge 19, welches gemäß Fig. 9 aus einer dünnen, planparallen und optisch transparenten Glasplatte besteht, die eine angenähert dreieckförmige oder trapezförmige Umrißform hat und an ihrer einen (schmalen) Stirnseite ein Eintrittsfenster 30 und an ihrer gegenüberliegenden breiteren Stirnseite ein Austrittsfenster 31 aufweist. Die Glasplatte leitet das auf das Eintrittsfenster 30 fallende Lichtbündel auf die gegenüberliegende Seite weiter und wirkt damit als zweidimensionaler Lichtleiter.

Die Glasplatte ist aus zwei Teilstücken 32 und 33 unterschiedlicher Brechkraft zusammengesetzt. Die Grenzfläche E zwischen diesen beiden plattenförmigen Teilstücken 32 und 33 ist so berechnet, daß in das Eintrittsfenster 30 einfallende parallele Lichtstrahlen verschiedener Koordinaten Y auf einer Fokallinie H zusammentreffen, die sich in Querrichtung über etwa die Breite des Ausgangsfensters 31 er-

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streckt. Lichtstrahlen mit verschiedenen Koordinaten Z und verschiedenen Winkeln Θ¹ werden durch Totalreflexionen zum Austrittsfenster 31 transportiert. Das einfallende parallele Strahlenbündel wird somit entlang der Linie G auftreffen, wobei der Ort der Linie G in Y-Richtung von θ und ¥ gemäß dem Snellius'sehen Brechungsgesetz angewendet auf das Eintrittsfenster abhängt. Für kleine θ hängt dieser Ort nur von y ab. Die Grenzfläche E kann, wie gezeigt, zumindest angenähert durch eine Zylinderfläche gebildet werden. Die Fokallinie beschreibt dann einen Kreis F.

Ein entlang der Fokallinie H angebrachter linearer Photoaufnehmer 22 (Fig. 6 und 7) kann den Winkely eines parallelen Lichtbündels messen. Bei Verwendung eines hochauflösenden Sensors, wie eines CCD-Arrays, kann eine Intensitätsverteilung in Abhängigkeit vom Winkel ^erreicht werden. Der Sensor muß auf beiden Seiten der Symmetrieebene senkrecht zur vertikalen Z-Achse empfindlich sein. Aus geometrischen Überlegungen ergibt sich, daß in Abhängigkeit vom Abstand von Eintrittsfenster 30 zum Austrittsfenster D, dem Winkel Θ¹ und dem Winkel y aufgrund des optischen Weges im Glas die Intensität jeweils auf der einen Seite dieser Ebene am Ort des Sensors 22 verschwinden kann. Besitzt also das eintretende Lichtbündel des Laserstrahls einen Durchmesser in der Größenordnung der Dicke der Glasplatte 32, 33, so hängt unter Beachtung der Grenzwinkel die Verteilung der wieder austretenden Lichtintensität nur vom Winkel if ab. Die Lichtintensität kann demgemäß von dem in kleinem Abstand hinter der Glasplatte angebrachten schmalen linearen Photosensor aufgenommen werden. Der Ort des Lichtmaximums am Photosensor hängt nur vom Winkel J"ab. Der Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf die Eintrittsfläche 30 wird bezüglich seiner Auswirkung auf den Ort des Lichtmaximums dadurch eliminiert, daß im Strahlengang der planparallelen Glasplatte eine Zylinderlinse angeordnet ist, welche durch die beiden Gläser 32 und 33 unterschiedlicher Brechkraft und entsprechender Formgebung erzeugt wird. Im Betrieb wird der

Photosensor vom jeweiligen stationseigenen Rechner ausgelesen, der aus der Intensitätsverteilungskurve den Ort des Laserlichtpunktes (Maximum der Intensität) bestimmt- Für die Teile 32, 33 der Glasplatte können unterschiedliche Kombinationen von Glassorten, z.B. Kronglas BKl und Schwerflint SF6, Verwendung finden. Der Eintrittswinkel jP wird aus y und dem aus anderen Messungen bekannten Winkel θ errechnet.

Wie vorstehend dargelegt wird, wird im Betrieb der geometrische Ort des Punktes C oder eines hierzu in fester Raum anordnung liegenden Punktes von dem Referenzpunkt A aus über einen Polygonzug, dessen Vektoren durch Laserstrecken aufgespannt werden, rechnergesteuert vermessen, indem die relative Lage der Koordinatensysteme der einzelnen Polygonpunkte sukzessiv bestimmt und aus den relativen Koordinaten die Koordinaten des Punktes C bezüglich des Referenzsystems mittels des zentralen Rechners D berechnet werden. Vom jeweiligen Ausgangspunkt einer Polygonseite des Polygonzuges wird dabei der von dem stationseigenen Rechner gesteuerte Lasermeßkopf 1 so bewegt, daß er den Tripelspiegel 2 am Ende der Meßstrecke auffindet und anpeilt. Ein Teil des vom Lasermeßkopf ausgehenden Las_erstrahls wird mit Hilfe des Tripelspiegel in sich parallelversetzt reflektiert, während ein Teil des Laserstrahls zur Messung des Winkels J^des einfallenden Strahls verwendet wird. Der Parallelversatz des am Tripelspiegel reflektierten Laserlichts dient als Regelkriterium zur Nachführung des Laserstrahls, woraus sich die Winkelposition des angepeilten Tripelspiegel entnehmen läßt. Die Länge der Meßstrecke erfolgt, wie erwähnt, über eine Laufzeitmessung des Laserstrahls. Das eindimensionale optische Auge dient, wie erwähnt, zur Messung der Winkel zwischen lokalem Koordinatensystem und einfallendem Laserstrahl an den Polygonpunkten B und C. Die ggf. mittels Modulation dem Laserstrahl in der Meßstation A aufgeprägte Information über den Ort des Tripelspiegel der Meßstation B (von A aus gesehen), wird dem Laserstrahl entnommen und an den stationseigenen Rechner der Meßstation B weitergegeben.

oder es wird die Information unmittelbar dem zentralen Rech ner aufgegeben. Für die Laser, die zur Längenmessung (über Laufzeit- oder Phasendifferenz-Messungen) sowie ggf. zur Da tenübertragung modulierbar sein müssen, wird zweckmäßig ein Halbleiterlaser verwendet. Die im Lasermeßkopf angeordnete Aufweitoptik besteht zweckmäßig aus einem Mehrlinsensystem mit oder ohne Zwischenfokus und mit oder ohne Raumfilter (Verringerung der Divergenz). Der Strahlteiler wird für den emittierten Strahl in Reflexion betrieben. Der vom Tripelspiegel reflektierte Strahl wird zwar im Strahlteiler parallel verschoben, jedoch ist aufgrund der räumlichen Anordnung von Photodiode und Laserfokus eine zusätzliche Justierung nicht notwendig. Es ist sichergestellt, daß nach Null-Regelung des Tripelspiegels die Datenübertragung über die Laserstrecke funktioniert, da dann der Laserstrahl das Fenster im Zentrum des Tripelspiegels trifft. Mit dem beschriebenen Lasermeßkopf 1 in rotationssymmetrischer Ausführung wird die gestellte Aufgabe bei kompakter Bauweise des Geräts zuverlässig gelöst. Für die Rechner an den Meßstationen A, B, C und für den zentralen Rechner D werden zweckmäßig Mikrocomputer eingesetzt. Der Rechner der Meßstation A richtet den Α-Laser auf den Tripelspiegel der Meßstation B aus und regelt eventuelle Abweichungen, verursacht durch Bewegungen der Meßstation B, nach. Außerdem liest der Rechner in A die Inklinometer aus. Auf Anforderung kann der Rechner einen gegebenen Punkt fixieren und als Bezugspunkt für weitere Rechnungen nehmen. Der Rechner der Meßstation A gibt seine Meßwerte über die Laserstrecke A-B an den Rechner der Meßstation B weiter.

Der Rechner der Meßstation B hat die Aufgabe, den hier befindlichen Laser auf den Tripelspiegel der Meßstation C auszurichten und zu justieren sowie den Ort des aus der Meßstation ankommenden Laserstrahls im optischen eindimensionalen Auge zu bestimmen. Ferner liest der Rechner der Meßstation B die Inklinometer aus. Er überträgt ggf. die

von der Meßstation A über die Laserkommunikationsstrecke übermittelten Daten sowie die in der Meßstation B gesammelten Daten an den Zentralrechner D (Fig. 2B).

In der Meßstation C übernimmt ein aus einem kleineren Mikrocomputer bestehender Rechner die Aufbereitung der Daten und deren Transfer zum zentralen Rechner D. Die Aufbereitung der Daten besteht in der Lokalisierung des Lichtpunktes im optischen Auge und der Auswertung des bzw. der Winkelmeßgeräte.

Der zentrale Rechner D übernimmt die zentrale Datenauswertung zur Berechnung der Koordinaten des Meßpunktes C bezüglich eines fest vorgegebenen Fixpunktes.

Die Meßstation A weist eine Befehlseinheit mit einer Tastatur und einem Anzeigenfeld auf, in dem der momentane Status des Α-Rechners sichtbar ist. Mit Hilfe der Tastatur kann die Meßstation A veranlaßt werden, einen Fixpunkt (Tripelspiegel) anzupeilen und die dazugehörigen Koordinaten dem zentralen Rechner D über den Rechner der Meßstation B mitzuteilen. Ferner kann mit Hilfe der Tastatur eine Wiederholung des Anpeil- und Meßvorgangs ausgelöst, die Meßstation A in einen definierten Zustand (Reset) gebracht sowie der Laserstrahl ein- und ausgeschaltet werden. Das Anzeigenfeld gibt dem Benutzer Informationen darüber, ob die Meßstation A normal funktioniert und ob sie den Tripelspiegel der Meßstation B angepeilt hat.

Das vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 9 beschriebene eindimensionale optische Auge könnte auch ohne Brechzahländerung im Strahlengang mit einem Paar parallel montierter Spiegel verwirklicht werden, deren verspiegelte Flächen einander zugekehrt sind, wobei zwischen den beiden Spiegeln ein kleiner Luftspalt von z.B. 2 mm vorgesehen wird. Am Eintrittsort des Lichtstrahls wird eine fest montierte Schlitzblende

vorgesehen, deren Schlitz parallel zur Oberflächennormalen der Spiegel verläuft. Bei dieser Anordnung wird der horizontale Ort des eintretenden, ausgedehnten Lichtbündels durch die Schlitzblende definiert. Der zwischen den Spiegeln laufende Lichtstrahl wird von den beiden parallelen Spiegeln auf den linearen Fotoaufnehmer gelenkt. Da an keiner Stelle des Strahlengangs Brechung auftritt, kann eine Änderung des Winkels ψ sich auch nicht auf den Meßort auswirken.

Das erfindungsgemäße optische Auge beruht demgemäß auf dem Grundgedanken, ein optisches System, das die Abhängigkeit des einfallenden Lichtstrahls vom Ort in einer Richtung eliminiert (Schlitzblende oder Zylinderlinse) mit einer zweidimensionalen Lichtleiterkomponente zu kombinieren, die den Ort des Strahls in einer Richtung fixiert und in der senkrecht dazu liegenden Richtung variieren läßt (parallele Spiegel oder planparallele Glasplatte). Dabei ist hinter dieser zweidimensionalen Lichtleiterkomponente im Strahlengang der lineare Fotoaufnehmer zur Messung des Winkels des einfallenden Lichtstrahls in der gewünschten Richtung vorgesehen.

Für den erfindungsgemäßen Lasermeßkopf und das erfindungsgemäße eindimensionale Auge wird selbständiger Schutz beansprucht, da sich diese Vorrichtungen auch bei Meßsystemen anderer Ausgestaltung mit Vorteil verwenden lassen.

Claims

Ansprüche

ί 1/ Polygonzug-Vermessungsverfahren zur Positionsbestimmung eines ortsveränderlichen Meßpunktes, dadurch gekennzeichnet , daß die Polygonzug-Messung mit Hilfe von die Polygonseiten darstellenden Lasermeßstrecken durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Polygonzug-Messung rechnergesteuert automatisch durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet , daß die Lasermeßstrekken in Reflexion der Laserstrahlen betrieben werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Referenzpunkt (A) ausgehend sukzessiv die relative Lage der Koordinatensysteme der Polygonpunkte (B, C) von den dort befindlichen Rechnern bestimmt und/oder aus den erhaltenen Werten die jeweilige Ist-Position des zu vermessenden Punktes mittels eines Zentralrechners (D) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Meßdaten über die Lasermeßstrecken durch Modulation der Laserstrahlen von einem Polygonpunkt zum nächsten übertragen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die

Langenbestimmung der Polygonseiten durch Laufzeitmessung der Laserstrahlen zwischen den Polygonpunkten erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ortsbestimmung des Anfangspunktes (A) des Polygonzuges von diesem aus mindestens ein in seiner Lage bestimmter Referenzpunkt (A¹) vermessen wird.
8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

zur Erzeugung eines Laserstrahl-Polygonzuges sind die Polygonpunkte durch Meßstationen (A, B, C) gebildet, die einen Laser (3) und/oder ein Laserstrahl-Anpeilglied (2) zusammen mit Winkelmeßgeräten (12 bis 14; 17, 18) aufweisen;

es ist mindestens ein die Meßdaten verarbeitender Rechner mit zugeordnetem Meßdatentransfer vorgesehen.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß jede Meßstation (A, B, C) mit einem stationseigenen Rechner versehen ist,
10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch einen zentralen Rechner (D).
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpeilglied aus einem Reflexionsglied, vorzugsweise einem Tripelspiegel (2), besteht.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zur Modulierung und Demodulierung der Laserstrahlen.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Laser ausgestatteten Meßstationen (A, B) rechnergesteuert verstellbar, insbesondere um vertikale und horizontale Achsen drehbar gelagert sind.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Tripelspiegel (2) in ihrer Achse ein Fenster (2¹) aufweisen, und daß hinter diesem Fenster (2¹) ein optoelektronischer Sensor, insbesondere ein CCD-Array zur Bestimmung der Richtung des auftreffenden Laserstrahls angeordnet ist.
15. Lasermeßkopf, insbesondere zur Verwendung bei einer Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (1) in einer Baueinheit vereinigt einen winklig zur Lasermeßstrecke angeordneten Laser (3), eine halbdurchlässige Strahlteilerplatte od.dgl. (5), eine Aufweitoptik (4) und ein Linsensystem (7) mit einem Fenster (6) aufweist, das mit der Aufweitoptik und der Strahlteilerplatte od.dgl. auf der gemeinsamen Achse der Laserstrahlmeßstrecke liegt, und daß das Linsensystem (7) aus mehreren, insbesondere zwei oder vier Segmenten (7¹) von Fresnel-Linsen besteht, deren optische Achsen parallel zur zentralen Achse der Aufweitoptik (4) und des Fensters (6) durch optische Sensoren (10a bis lOd) zur Bestimmung der Parallelverschiebung des reflektierten Lichtes des emittierten Laserstrahls laufen.
16. Lasermeßkopf nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Linsen-Segmenten (7¹) und den optischen Sensoren (10a bis lOd) Raumfilter (9a bis 9d) angeordnet sind.
17. Lasermeßkopf nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet , daß hinter der Strahlteilerplatte (5) od.dgl. eine schnelle Photodiode (8) zur Messung der Länge der Lasermeßstrecke angeordnet ist.
18. Lasermeßkopf nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem rotationssymmetrischen zylindrischen Körper besteht, der an seiner einen Stirnseite das Fenster (6) und das es umgebende Linsensystem (7) aufweist, und daß das Fenster (6), die Aufweitoptik (4) und die Strahlteilerplatte (5) in der Achse des Zylinderkörpers und die Sensoren (10a bis lOd) nebst ihren Raumblenden (9a bis 9d) in gleichen Winkelabständen zueinander außerhalb der Achse des Zylinderkörpers liegen.
19. Eindimensionales optisches Auge zur Bestimmung des einen der beiden Einfallswinkel eines auf eine Fläche fallenden Lichtstrahls, insbesondere zur Verwendung bei einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das eindimensionale optische Auge <19) aus einem optischen System, insbesondere einer Zylinderlinse, einer Schlitzblende od.dgl., das die Abhängigkeit des einfallenden Lichtstrahls vom Einfallsort in einer Richtung eliminiert, und aus einer zweidimensionalen Lichtleiterkomponente, wie insbesondere einer planparallelen Glasplatte oder parallelen Spiegeln, besteht, die den Einfallsort des Lichtstrahls in der einen Richtung fixiert und in der senkrecht dazu verlaufenden Richtung vari-

. •frieren läßt, wobei im Strahlengang hinter der zweidimensionalen Lichtleiterkomponente ein linearer Fotoaufnehmer (22), insbesonder ein CCD-Array, vorgesehen ist.
20. Eindimensionales optisches Auge nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer dünnen, planparallen und optisch transparenten Glasplatte mit integrierter Linse besteht, wobei die Glasplatte mit gegenüberliegenden schmalen Stirnflächen als Eintritts- und breitem Austrittsfenster (30, 31) für das Licht versehen ist und aus zwei Plattenstücken (32, 33) mit unterschiedlicher Brechkraft zusammengesetzt ist, deren Grenzfläche (E) so bestimmt ist, daß an der das Eintrittsfenster (30) bildenden Stirnfläche einfallende parallele Lichtstrahlen auf der ausgangsseitig liegenden Fokallinie in Nähe der Meßlinie (H) zusammentreffen, wobei entlang der Meßlinie (H) der optoelektronische Aufnehmer (22) angeordnet ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Grenzfläche (E) zumindest angenähert eine Zylinderfläche ist, deren Mittelpunkt auf der Seite des Eintrittsfensters (30) liegt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Glasplatte kleiner als das Fenster (2¹) im Tripelspiegel (2) und dieses wesentlich kleine^ist als die Dicke des Laserstrahls.