DE3600859A1

DE3600859A1 - METHOD AND DEVICE FOR THE OPTICAL ANGLE TRANSFER BETWEEN DEVICES AT DIFFERENT LOCATIONS

Info

Publication number: DE3600859A1
Application number: DE19863600859
Authority: DE
Inventors: Bernhard F Dipl Phys Gaechter
Original assignee: Wild Heerbrugg AG
Current assignee: Leica Geosystems AG
Priority date: 1985-10-21
Filing date: 1986-01-14
Publication date: 1987-04-23
Also published as: WO1987002450A1; EP0243385A1; JPS63501592A; CH670907A5; FR2588952A1; IL80358A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Winkelübertragung zwischen zwei Vorrichtungen an verschiedenen Standorten, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Das Verfahren und die Vorrichtung finden beispielsweise Anwendung für die berührungslose Uebertragung eines Azimut winkels, wie dies z.B. im Gebiet der Geodäsie, der Naviga tion für die Koordinatenübertragung an Werkzeugmaschinen und in ähnlichen Anwendungsfällen erforderlich ist.The invention relates to a method for angular transmission between two devices at different locations, and an apparatus for performing this method. The method and the device find for example Application for the contactless transmission of an azimuth angles such as this in the area of geodesy, the Naviga tion for coordinate transfer to machine tools and is required in similar applications.

Bisher bekannte Verfahren und Vorrichtungen zur berührungs losen Winkelübertragung beruhen auf dem Prinzip der Auto reflexion oder der Autokollimation, bzw. auf dem Prinzip der Kollimation. Bei der Autoreflexion werden ein Beobachtungs fernrohr sowie ein am zweiten Standort angeordnetes Prisma durch Drehen oder Verschieben grob aufeinander vorausgerich tet, bis sich das Fernrohr innerhalb eines parallelen Strei fens befindet, welcher rechtwinkling zur Prismendachkante verläuft. Die Breite des genannten parallelen Streifens entspricht dabei der Dachkantenlänge des Prismas. Zur Ueber tragung eines auf die geographische Nordrichtung bezogenen Azimuts muss die Prismendachkante horizontal sein und sie muss einen festen Bezug zur Gerätereferenz eines mit dem Prisma verbundenen Gerätes haben. Ein vom Fernrohr zum Prisma geleiteter Strahl wird in diesem so reflektiert, dass er in der Ebene, die von diesem Strahl selbst und der Pris menkante aufgespannt wird, wieder austritt, das heisst dass der Strahl azimutal abgelenkt wird und vertikal immer unter demselben Winkel zurück kommt wie er ins Prisma eintritt.Previously known methods and devices for touch loose angle transmission are based on the principle of the car reflection or autocollimation, or on the principle of Collimation. Auto reflection becomes an observation telescope and a prism located at the second location by turning or moving roughly one on top of the other until the telescope is within a parallel streak fens, which is at right angles to the prism roof edge runs. The width of the parallel strip mentioned corresponds to the roof edge length of the prism. About wearing one related to the geographical north direction Azimuths, the prism roof edge must be horizontal and it must have a fixed reference to the device reference of one with the Device connected to the prism. One from the telescope to Prism-guided beam is reflected in this in such a way that he in the plane by that ray itself and the pris stretched out, exits again, that means the beam is deflected azimuthally and always vertically below comes back the same angle as it enters the prism.

Zum Uebertragen des Azimuts vom Prisma auf den Fernrohr standort wird das Fernrohr so lange azimutal verdreht, bis das Bild des Fernrohrs bzw. eines Beobachtungstheodoliten, welches im Prisma sichtbar ist, genau symmetrisch zum verti kalen Strich eines im Fernrohr bzw. im Theodoliten angeord neten Fadenkreuzes liegt. Ist dies der Fall, steht die Ziel achse genau senkrecht zur Dachkante des Prismas. Dieses für einen Bediener relativ einfache Verfahren ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass die Mess- bzw. Uebertragungsdistanz von der minimalen Zielweite des auf die doppelte Zieldistanz eingestellten Fernrohrs abhängt. Diese minimale Zielweite reicht für normale Fernrohre nicht bis auf eine Distanz unterhalb von ca. 1 m. Für derartig kurze Distanzen, wie sie beispielsweise bei der Einrichtung bzw. Vermessung von Werk stücken an Werkzeugmaschinen beherrscht werden müssen, ist diese Messmethode daher nur schlecht bzw. nicht geeignet. Ferner ist die Methode wegen des Prinzips der Autoreflexion relativ ungenau, da die Autoreflexionsbedingung aus physi kalischen Gründen nicht besonders scharf definiert ist. Obwohl diese Methode für Grobmessungen durchaus ihren Zweck erfüllt, ist sie für Präzisionsmessungen nicht gut geeignet.For transferring the azimuth from the prism to the telescope the telescope is rotated azimuthally until the image of the telescope or an observation theodolite, which is visible in the prism, exactly symmetrical to the verti kalen dash one arranged in the telescope or in the theodolite neten crosshairs. If so, the goal is there axis exactly perpendicular to the roof edge of the prism. This for however, an operator is relatively simple with the The disadvantage is that the measurement or transmission distance from the minimum target distance to double the target distance set telescope depends. This minimum target range is not enough for normal telescopes at a distance below about 1 m. For such short distances as you for example when setting up or measuring a plant pieces on machine tools must be mastered this measurement method is therefore poorly or not suitable. Furthermore, the method is due to the principle of auto reflection relatively imprecise because the auto reflection condition from physi cal cal reasons is not particularly sharply defined. Although this method for rough measurements has its purpose fulfilled, it is not well suited for precision measurements.

Beim Prinzip der Autokollimation wird ein Fernrohr auf un endlich fokussiert, wobei ein Fadenkreuz über den Kollimator und einen davor stehenden senkrecht zur optischen Achse justierten Planspiegel auf sich selbst abgebildet wird. Zur Uebertragung eines Azimutwinkels genügt es, wenn das Bild des Fadenkreuzes mit dem Fadenkreuz selbst nur in einer Achse, zum Beispiel nur in der vertikalen Linie, zur Deckung gebracht wird. Die Autokollimation eignet sich für relativ kurze Zielweiten. Für den Benutzer ist die Bedingung jedoch schwieriger einzustellen als die Autoreflexion. Das Prinzip der Autokollination stellt daher höhere Ansprüche an den Bediener.With the principle of autocollimation, a telescope is placed on un finally focused with a crosshair over the collimator and one in front of it perpendicular to the optical axis adjusted plan mirror is mapped onto itself. To Transferring an azimuth angle is sufficient if the image of the crosshair with the crosshair itself in only one Axis, for example only in the vertical line, to cover brought. Autocollimation is suitable for relative short target ranges. For the user, however, the condition is more difficult to adjust than auto reflection. The principle the autocollination therefore places higher demands on the Operator.

Bei der Kollimation schliesslich werden zwei Fernrohre zueinander kollimiert, worauf sich der auf eine äussere Referenz, z.B. auf die Nordrichtung bezogene Winkel vom einen Gerät auf das andere übertragen lässt.In the collimation, two telescopes are used collimated to each other, whereupon the outer Reference, e.g. North related angle from allows one device to be transferred to the other.

Alle diese geschilderten Verfahren bzw. Vorrichtungen be dingen eine mechanische gegenseitige Ausrichtung und even tuell Verschiebung der beteiligten Instrumente oder Geräte. Damit besteht eine erhebliche Störungsgefahr bei Verschmutz ung mindestens eines der beteiligten Geräte. Ferner sind die Geräte und damit das Messverfahren selber störanfällig gegen mechanische Erschütterungen, weshalb sich derartige Messver fahren im rauhen Einsatz, insbesondere bei bestehender Ver schmutzungsgefahr, für schnelle und zuverlässige Präzi sionsmessungen wenig eignen. Ferner kann die Genauigkeit der Einstellung über längere Zeit nur ungenügend erhalten blei ben. Schliesslich ist der Messvorgang selbst zeitaufwendig. Eine Automatisierung wäre sehr aufwendig.All of these methods and devices described be mechanical mutual alignment and even tually shift the instruments or devices involved. There is therefore a considerable risk of malfunction in the event of contamination at least one of the devices involved. Furthermore, the Devices and thus the measuring process itself is susceptible to interference mechanical shocks, which is why such measuring ver drive in rough use, especially with existing ver Danger of dirt, for fast and reliable precision sion measurements are not very suitable. Furthermore, the accuracy of the Lead is insufficiently preserved over a long period of time ben. Finally, the measurement process itself is time consuming. Automation would be very complex.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit welchen eine rasche und zuverlässige Winkelübertragung der geschilderten Art möglich ist, ohne dass die Gefahr von Störungen oder Ausfällen bzw. Fehlübertragungen besteht.It is an object of the present invention, a method and to provide a device with which a rapid and reliable angular transmission of the type described possible without the risk of malfunctions or failures or There are incorrect transfers.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den Patentansprüchen 1 und 7 definierten Merkmale gelöst. This object is achieved by the in the Claims 1 and 7 defined features solved.

Der Vorteil der erfinderischen Massnahmen liegt im wesent lichen in der hohen Stabilität der Messgenauigkeit, ohne dass eine Rekalibrierung erforderlich ist, sowie in dem sehr schnellen und automatisch ausführbaren Messvorgang selbst. Die Messung kann in Bruchteilen von Sekunden erfolgen. Ferner ist es nicht mehr erforderlich, irgendwelche Geräte oder Instrumententeile mechanisch zu bewegen, so dass auch keine Verschmutzungs- oder Abnützungseffekte zu befürchten sind.The advantage of the inventive measures lies essentially lichen in the high stability of the measurement accuracy, without that recalibration is required, as well as in the very quick and automatically executable measurement process itself. The measurement can be made in fractions of a second. Furthermore, there is no longer any need for any equipment or to move instrument parts mechanically, so that too no pollution or wear effects to fear are.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Aus führungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert.In the following the invention based on preferred Aus management examples explained in more detail with the help of the drawings.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Den schematisierten Strahlengang zweier auf das gleiche Azimut auszurichtender Geräte, Fig. 1 the schematic beam path of two to be aligned on the same azimuth devices,

Fig. 2 zwei Fernrohre,von denen sich die optische Achse des einen im Blickfeld des anderen befindet, zur Ueber tragung einer ein Azimut definierenden Richtung, Fig. 2, two telescopes, of which the optical axis of the one in the field of view of the other is, to the category of a transmission an azimuth defining direction,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem Reflexionsprisma und einer Mehrfach-Kollimator- Anordnung, Fig. 3 shows a second embodiment with a reflection prism and a multi-collimator arrangement,

Fig. 4 eine Anordnung nach den Prinzipien gemäss Fig. 3, zur gleichzeitigen Uebertragung von zwei Winkeln, Fig. 4 shows an arrangement according to the principles shown in FIG. 3, for the simultaneous transmission of two angles,

Fig. 5 den Strahlengang eines bevorzugten Ausführungsbei spiels, zur Erläuterung des Messvorganges, Fig. 5 match the beam path of a preferred Ausführungsbei, for explaining the measuring process,

Fig. 6A-C die in den Strahlengang der Messvorrichtung gezeichneten Codemuster und deren Bilder für ver schiedene Messkonfigurationen, und Fig. 6A-C the drawn into the beam path of the measuring device code pattern and the images for ver different measurement configurations, and

Fig. 7 eine Auswertevorrichtung zur Verarbeitung der von den Detektorzellen gemäss Fig. 5 gelieferten Signale. Fig. 7 is an evaluation device for processing the detector cells in accordance with the Fig. 5 signals supplied.

Wie die folgende ausführliche Beschreibung anhand einzelner bevorzugter Vorrichtungen zeigt, beruht das Prinzip der Winkelübertragung von einem ersten Gerät auf ein zweites auf der Messung einer Ablage, die bei der Uebertragung eines geometrischen Codemusters zwischen einem ersten und einem zweiten Gerät auftritt. Die in einem der beiden Geräte erfasste Ablage wird z.B. von einer Gruppe von Detektor zellen erfasst und einer analytischen Signalverarbeitung unterzogen. Als Ergebnis einer solchen Signalverarbeitung erhält man direkt die vom ersten auf das zweite Gerät über tragene Richtungsinformation, z.B. eine auf eine gemeinsame Referenz bezogene Winkelinformation. Wie sich aus der fol genden detaillierten Beschreibung ergibt, lässt sich nach den gleichen Prinzipien nicht nur ein einziger Winkel, bei spielsweise ein Azimutwinkel, übertragen, sondern bei ge ringfügiger Anpassung der verwendeten Vorrichtung zusätzlich ein zweiter Winkel, z.B. ausser dem erwähnten Azimut auch ein zugeordneter Elevationswinkel.Like the following detailed description using individual preferred devices shows, the principle of Angular transfer from a first device to a second one the measurement of a filing, which is in the transfer of a geometric code pattern between a first and a second device occurs. The one in the two devices recorded filing is e.g. from a group of detector cells and an analytical signal processing subjected. As a result of such signal processing you get directly from the first to the second device bearing direction information, e.g. one on a common Reference related angle information. As can be seen from the fol provides detailed description, can be the same principles not just a single angle at an azimuth angle, for example, but at ge minor adjustment of the device used in addition a second angle, e.g. in addition to the azimuth mentioned an associated elevation angle.

Anhand von Fig. 1 wird zunächst das Prinzip der verwendeten Winkelübertragung zwischen zwei Geräten erläutert. Ein Fern rohr 1 ist gegenüber der Nordrichtung N unter einem Azimut ′phi 1′ ausgerichtet. Der gleiche Winkel soll auf ein zweites Gerät 2 übertragen werden, welches jedoch noch unter dem Azimut ′phi 2′ gegenüber der Nordrichtung N steht. Das zweite Gerät kann mit einer Richtvorrichtung verbunden sein, z.B. mit einer scharf bündelnden Richtantenne, wie sie für Satellitenfunk eingesetzt wird. Ausser dieser erwähnten Richtvorrichtung könnten auch beliebige andere Elemente, z.B. einstellbare Teile einer Werkzeugmaschine, mit dem zweiten Gerät gekoppelt bzw. verbunden sein. Die Fehlweisung des zweiten Gerätes macht sich gemäss Fig. 1 in einer Winkelabweichung ′delta′ zwischen den beiden optischen Achsen der Geräte bemerkbar.Referring to Fig. 1 shows the principle of the angle of transmission used between two devices will be explained first. A telescope 1 is aligned with the north direction N under an azimuth 'phi 1 '. The same angle is to be transferred to a second device 2 , which, however, is still under the azimuth 'phi 2 ' with respect to the north direction N. The second device can be connected to a directional device, for example a sharply focused directional antenna, such as is used for satellite radio. In addition to this mentioned straightening device, any other elements, for example adjustable parts of a machine tool, could also be coupled or connected to the second device. The misdirection of the second device is noticeable according to FIG. 1 in an angular deviation 'delta' between the two optical axes of the devices.

Zur Uebertragung von Winkeln, welche auf eine gemeinsame Referenz bezogen sind, z.B. von Azimutwinkeln, genügt es, die Richtungsinformation des ersten Gerätes auf das zweite zu übertragen, also den Winkel ′delta′ als Messkriterium für die Winkelübertragung zu verwenden. Zur Erfassung dieser Winkelabweichung ′delta′ werden, wie in Fig. 2 gezeigt, zwei Fernrohre 1 und 2 zunächst grob aufeinander ausgerichtet. Zur Erleichterung der Ausrichtung ist das Fernrohr 1 mit einem Oeffnungswinkel ′2 alpha′ versehen, während ein zum zweiten Gerät gehörendes zweites Fernrohr einen zweiten Oeffnungswinkel ′2 beta′ aufweist.To transfer angles that are related to a common reference, for example azimuth angles, it is sufficient to transfer the direction information of the first device to the second, that is, to use the angle 'delta' as a measurement criterion for the angle transmission. To detect this angular deviation 'delta', as shown in Fig. 2, two telescopes 1 and 2 are initially roughly aligned. To facilitate alignment, the telescope 1 is provided with an opening angle ' 2 alpha', while a second telescope belonging to the second device has a second opening angle ' 2 beta'.

Dann wird erfindungsgemäss vom ersten Fernrohr 1 ein linea res Codemuster 3, z.B. ein Strichcode, von einer Lampe 4 ausgeleuchtet und in die Bildebene des zweiten Fernrohrs 2 übertragen. Befinden sich die Fernrohre nicht in Flucht, d.h. stehen ihre optischen Achsen unter einem Winkel ′delta′ zueinander versetzt, wird im zweiten Fernrohr das Bild des Codemusters um einen bestimmten Betrag seitlich verschoben abgebildet. Diese Verschiebung wird durch eine Gruppe von Detektorzellen 3 A, 3 B, 3 C ... erfasst und in einer Signal verarbeitungseinrichtung aufbereitet. Aus der Signalverar beitung ergibt sich das Mass der Abweichung des Codemuster- Bildes in der Bildebene des zweiten Fernrohres gegenüber einem vorgegebenen Referenzwert, bei welchem die Geräte aufeinander ausgerichtet sind. Das erhaltene Detektor-Signal zeigt also Uebereinstimmung bzw. das Mass der Abweichung von einer zu übertragenden Richtung bzw. von einem zu übertra genden Winkel an. Then, according to the invention, a linear code pattern 3 , for example a bar code, is illuminated by a lamp 4 from the first telescope 1 and transmitted into the image plane of the second telescope 2 . If the telescopes are not in alignment, ie if their optical axes are offset by an angle 'delta' from one another, the image of the code pattern is shown laterally shifted by a certain amount in the second telescope. This shift is detected by a group of detector cells 3 A , 3 B , 3 C ... and processed in a signal processing device. From the signal processing, the degree of deviation of the code pattern image in the image plane of the second telescope results from a predetermined reference value at which the devices are aligned with one another. The detector signal obtained thus shows agreement or the extent of the deviation from a direction to be transmitted or from an angle to be transmitted.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrich tung zur Winkelübertragung mit einer Sendeoptik 10, einem drehbaren Dachkantprisma 11 und einem oder mehreren Em pfangs-Kollimatoren 12 A, 12 B, 12 C, wobei jeder der Kollima toren mit einer Gruppe von Detektorzellen 13, 14, 15 ver sehen ist. Von der Sendeoptik 10 wird ein linearer Code 16, z.B. ein Strichcode, mit Hilfe einer Lichtquelle 17 auf das Dachkantprisma 11 übertragen und von diesem in die Empfangs- Kollimatorvorrichtung 12 reflektiert. Abhängig von der Dreh position, also der Winkelorientierung des Dachkantprismas 11 erscheint das Bild des von der Sendeoptik 10 gesendeten Codemusters im Empfangskollimator 12 als unterschiedliches Bild, und zwar unter einer seitlichen Verschiebung, die der Aenderung der Drehposition des Dachkantprismas gegenüber einer Referenzposition entspricht. Fig. 3 shows a further embodiment of a Vorrich device for angular transmission with a transmission optics 10 , a rotatable roof prism 11 and one or more receiver collimators 12 A , 12 B , 12 C , each of the collimators with a group of detector cells 13 , 14 , 15 is seen ver. A linear code 16 , for example a bar code, is transmitted from the transmitting optics 10 to the roof prism 11 with the aid of a light source 17 and is reflected by the latter into the receiving collimator device 12 . Depending on the rotational position, that is, the angular orientation of the roof prism 11 , the image of the code pattern sent by the transmitting optics 10 appears in the receiving collimator 12 as a different image, with a lateral shift that corresponds to the change in the rotational position of the roof prism relative to a reference position.

Die von der Kollimatorenvorrichtung 12 und den Detektorgrup pen 13, 14, 15 erfassten Signale werden einer Signalverar beitungsvorrichtung zugeführt, auf welche an späterer Stelle eingegangen wird. Von dieser Signalverarbeitungsvorrichtung wird die Ablage des empfangenen Strichcode-Bildes von einer Referenzposition automatisch erfasst und als Winkelablage des Prismas 11 erkannt, bzw. als Korrektursignal zum Nach führen einer mit dem Prisma 11 verbundenen Vorrichtung abge geben.The signals detected by the collimator device 12 and the detector groups 13 , 14 , 15 are fed to a signal processing device, which will be discussed later. This signal processing device automatically detects the storage of the received bar code image from a reference position and detects it as an angular storage of the prism 11 , or as a correction signal for guiding a device connected to the prism 11 .

In Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels ist gemäss Fig. 4 eine Vorrichtung, deren Winkelposition übertragen bzw. er fasst werden soll, mit einem Spiegel 20 versehen. Der Spie gel 20 wird von einer Sendeoptik 21 angestrahlt, welche den Code eines zweidimensionalen Codeträgers überträgt. Von mindestens einer Kollimatoreinrichtung 22 wird das vom Spie gel 20 reflektierte Bild des Codemusters empfangen. Der Kollimatoreinrichtung 22 ist eine zweidimensional ange ordnete Gruppe von Detektorzellen 23 nachgeordnet. Diese einzeln abtastbaren Detektorzellen dienen zum Erfassen einer zweidimensionalen Verschiebung des Codemusterbildes von einer Referenzposition. Mit dieser zweidimensionalen Ver schiebung werden Positionsänderungen des Spiegels 20 sowohl in azimutaler als auch in einer zweiten Winkeldimension er fasst. Es ist also die kombinierte Erfassung des Azimut und der Elevation eines mit dem Spiegel 20 verbundenen Gegen standes bzw. dessen gezielte Nachführung aufgrund gemessener Abweichungen möglich.In a modification of this embodiment 4 is shown in FIG. A device that transmitted the angular position thereof and it is to be understood, provided with a mirror 20. The mirror 20 is illuminated by a transmission optics 21 , which transmits the code of a two-dimensional code carrier. At least one collimator 22 from the Spie gel 20 reflected image of the code pattern is received. A two-dimensionally arranged group of detector cells 23 is arranged downstream of the collimator device 22 . These individually scannable detector cells are used to detect a two-dimensional shift of the code pattern image from a reference position. With this two-dimensional displacement, position changes of the mirror 20 are captured both in azimuthal and in a second angular dimension. It is therefore the combined detection of the azimuth and the elevation of an object connected to the mirror 20 or its targeted tracking based on measured deviations.

In Fig. 5 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand des Strahlengangs im einzelnen dargestellt. Die Optik 40 des Sendefernrohrs definiert die Sendeachse A, in deren Verlän gerung sich in der Bildebene ein Codeträger 41 befindet, welcher mit einem Strichcode 42 versehen ist.In Fig. 5, a preferred embodiment is illustrated by way of the beam path in detail. The optics 40 of the transmission telescope defines the transmission axis A , in the extension of which there is a code carrier 41 in the image plane, which is provided with a bar code 42 .

Der Strichcode besteht beispielsweise aus einer nebenein ander angeordeten Folge vertikal verlaufender Balken, wobei die Balkenbreite und der seitliche Abstand der Balken als richtungsspezifische Codierungsparameter dienen. Die Balken des Codes, die wie auf einer Skala angeordnet sind, enthal ten in ihrer Kombination eine Information über die genaue Position längs der "Skala". Jeder willkürlich aus der "Ska la" herausgegriffene Bereich erlaubt bei Kenntnis des Codes die genaue Bestimmung der Bereichsposition auf der "Skala". Im geschilderten Beispiel ist der Code auf einem transparen ten Codeträger 41 aufgebracht. Der Codeträger 41 wird durch eine dahinter befindliche Lampe 43 ausgeleuchtet. Je höher die Anforderungen an die Messgenauigkeit der Einrichtung sind, desto feiner ist die Unterteilung des Codes auf dem Codeträger 41 zu wählen und desto kürzer auch die Wellen länge der zur Ausleuchtung verwendeten Lichtquelle 43. Zur weiteren Verbesserung der Messgenauigkeit trägt die Güte der verwendeten Sendeoptik sowie deren grosse Apertur bei. The bar code consists, for example, of a sequence of vertically extending bars arranged next to one another, the bar width and the lateral spacing of the bars serving as direction-specific coding parameters. The combination of the bars of the code, as if arranged on a scale, contains information about the exact position along the "scale". Each area selected arbitrarily from the "Ska la" allows the precise determination of the area position on the "scale" if the code is known. In the example described, the code is applied to a transparent code carrier 41 . The code carrier 41 is illuminated by a lamp 43 located behind it. The higher the requirements for the measuring accuracy of the device, the finer the division of the code on the code carrier 41 is to be selected and the shorter the wavelength of the light source 43 used for the illumination. The quality of the transmission optics used and their large aperture contribute to further improving the measuring accuracy.

Auf der Empfängerseite befindet sich die Empfangsoptik 45, deren Achse B um den Winkel ′delta′ gegenüber der Sendeachse A winkelversetzt ist. In einer Detektorvorrichtung 46, welche in der Bildebene der Empfängeroptik 45 angeordnet ist, wird der von der Sendeoptik 40 ausgesendete Code 42 des Codeträgers 41 abgebildet. Entsprechend dem Winkelversatz ′delta′ ist auch der Code auf der Detektorvorrichtung 46 winkelversetzt, was durch die einzelnen zur Detektorgruppe gehörenden Detektorzellen erfasst wird. Die von den Detek torzellen gelieferten Signale werden an eine Signalverarbei tungsvorrichtung 50 weitergegeben.On the receiver side, the receiving optical system 45, whose axis B is angularly displaced by the angle 'delta' relative to the transmission axis A is located. The code 42 of the code carrier 41 emitted by the transmitting optics 40 is imaged in a detector device 46 which is arranged in the image plane of the receiver optics 45 . Corresponding to the angular offset 'delta', the code on the detector device 46 is also angularly offset, which is detected by the individual detector cells belonging to the detector group. The signals supplied by the detector cells are passed on to a signal processing device 50 .

Die Lage bzw. die Abweichungen des Codemusters auf der Senderseite sowie des Codemuster-Bildes auf der Empfänger seite sind für die verschiedenen praktisch auftretenden Fälle in den Fig. 6A bis 6C dargestellt. In Fig. 6A befinden sich Sende- und Empfängerseite in perfekter Aus richtung. Das von der Auswerteeinrichtung erfasste Code muster-Bild liegt symmetrisch zur Mittellinie Y und lässt durch Zusammenfallen der Nullinie des Code-Bildes mit der als Referenz benutzten Mittellinie Y diesen Zustand erkennen.The position or the deviations of the code pattern on the transmitter side and the code pattern image on the receiver side are shown in FIGS . 6A to 6C for the various practical cases. In Fig. 6A, the transmitter and receiver side are in the perfect direction. The code pattern image captured by the evaluation device is symmetrical about the center line Y and this state can be recognized by the coincidence of the zero line of the code image with the center line Y used as a reference.

In Fig. 6B befindet sich die Achse der Sendeoptik um den Betrag ′delta′ winkelversetzt zur Achse der Empfangsoptik. Dieser Zustand wird dadurch angezeigt, dass die Licht-Inten sitätsverteilung des Codemusters in der Bildebene der Empfangsoptik symmetrisch um die Mittellinie Y verteilt ist, dass jedoch der Code selber seitlich versetzt erscheint. Der seitliche Versatz des Codes ist gegeben durch den Winkel versatz ′delta′ multipliziert mit der Brennweite der Empfangsoptik. In Fig. 6B, the axis of the transmitting optics is offset by the amount 'delta' from the axis of the receiving optics. This state is indicated by the fact that the light intensity distribution of the code pattern is symmetrically distributed around the center line Y in the image plane of the receiving optics, but that the code itself appears laterally offset. The lateral offset of the code is given by the angular offset 'delta' multiplied by the focal length of the receiving optics.

In Fig. 6C schliesslich verläuft die Achse der Sendeoptik zwar parallel zu derjenigen der Empfängeroptik, ist jedoch seitlich um einen gewissen Betrag versetzt. Dieser Zustand wird im Empfänger daran erkannt, dass die Intensitätsver teilung des Codemusters seitlich versetzt ist, aber der Code selber keinen Versatz erfährt.Finally, in FIG. 6C, the axis of the transmitting optics runs parallel to that of the receiving optics, but is laterally offset by a certain amount. This condition is recognized in the receiver by the fact that the intensity distribution of the code pattern is laterally offset, but the code itself is not offset.

Zur automatisierten Signalauswertung enthält die Signalver arbeitungsvorrichtung 50 einen Verstärker 51, eine Sample- and Hold-Schaltung 52 und einen nachgeschalteten Analog/- Digital-Wandler 56, dessen Ausgang auf einen Rechner 53 geführt ist. An den Rechner ist ein Positionsgeber 57 ange schlossen, mit welchem eine Anfangs- oder Referenzposition eingestellt wird. Der Rechner vergleicht die vom Analog/- Digital-Wandler erhaltenen Werte mit den in einem Referenz speicher 54 abgespeicherten Werten und zeigt das Ergebnis auf einer Anzeigevorrichtung 55 an. Die Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 55 kann direkt in Winkelwerten erfolgen, also den Winkel ′delta′ in Grad oder Neugrad angeben. Die Anzeige kann aber auch in codierter oder beliebiger anderer Form erfolgen. Ferner kann das codierte Signal als Nachführ signal für eine der beiden Fernrohreinrichtungen dienen, um diese auf eine vorgegebene Winkelposition einzustellen.For automated signal evaluation, the signal processing device 50 contains an amplifier 51 , a sample and hold circuit 52 and a downstream analog / digital converter 56 , the output of which is fed to a computer 53 . A position sensor 57 is connected to the computer, with which a starting or reference position is set. The computer compares the values obtained from the analog / digital converter with the values stored in a reference memory 54 and displays the result on a display device 55 . The display on the display device 55 can take place directly in angle values, that is to say specify the angle 'delta' in degrees or degrees. However, the display can also take place in coded or any other form. Furthermore, the coded signal can serve as a tracking signal for one of the two telescope devices in order to set them to a predetermined angular position.

Auf nähere Einzelheiten der Signalverarbeitungsvorrichtung 50 sei an dieser Stelle nicht eingegangen, da sie Gegenstand eines anderen Vorschlags der gleichen Anmelderin bilden. (CH Pat.-Gesuch Nr. 6994/83).Further details of the signal processing device 50 will not be dealt with here, since they form the subject of another proposal by the same applicant. (CH Pat. Application No. 6994/83).

Soll ausser einem ersten Winkel, z.B. einem Azimutwinkel, ein weiterer Winkel, z.B. ein zugehöriger Elevationswinkel, übertragen bzw. vermessen werden, kann anstelle eines ein dimensionalen Codemusters, wie es oben beschrieben wurde, ein zweidimensionales Codemuster verwendet werden. Dieses wird von der Empfangseinrichtung nach den gleichen Prizipien ausgewertet, wie dies für den eindimensionalen Code be schrieben wurde.In addition to a first angle, e.g. an azimuth angle, another angle, e.g. an associated elevation angle, can be transferred or measured instead of a dimensional code pattern as described above a two-dimensional code pattern can be used. This is used by the receiving facility according to the same principles evaluated how this be for the one-dimensional code was written.

Als Code-Muster wurden ein- oder zweidimensionale räumliche Muster erwähnt. Statt dessen lassen sich auch zeitlich codierte Muster verwenden, wobei die Sende- und Empfangs einrichtungen mit entsprechenden Mitteln zur Verarbeitung der zeitlich gestaffelten Signale auszurüsten sind. Alle solche Codes werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff "richtungsspezifische Code-Muster" verstanden.One-dimensional or two-dimensional spatial patterns were used as code patterns Pattern mentioned. Instead, you can also time use coded patterns, the transmit and receive facilities with appropriate processing means which have to be equipped with staggered signals. All such codes are within the scope of the present invention under the term "direction-specific code pattern" Roger that.

1 first device
2 second device
3 code samples
10 transmission optics
11 roof prism
12 A, B, C collimators
13 detector group
14 detector group
15 detector group
16 code
17 light source
20 mirrors
21 transmission optics
22 collimator device
23 detector cells
40 optics
41 code carriers
42 barcode
43 lamp
45 receiving optics
46 detector device
50 signal processing device
51 amplifiers
52 Sample & Hold circuit
53 computers
54 reference memory
55 display device
56 analog / digital converter
57 position transmitter

Claims

1. method for transmitting an angle between two devices at different locations using optical instruments,
characterized in that a direction-specific code pattern is sent from a device at the first location to the second device at the second location, the code being embossed with the angle information of the first device,
that the image of the received code pattern is scanned in the receiving device and forwarded to a signal evaluation device for evaluation,
that shifts in the code pattern image of these reference values are detected in the signal evaluation device by comparison with predetermined or stored code reference values
and that the angular value to be transmitted is derived from the extent of such displacements by arithmetic operations.

2. The method according to claim 1, characterized in that the first device is one of a third device received code signal in the second device reflect animals and their angle information the code signal impresses.

3. The method according to claim 1, characterized in that use a one-dimensional spatial code as a code pattern from its displacement along the code axis and / or its intensity distribution on the receiver side the desired angle information is obtained.

4. The method according to claim 1, characterized in that for the simultaneous transmission of two angle information a two-dimensional code pattern is used, each an angle information is assigned to a dimension.

5. The method according to claim 1, characterized in that the sampling of the received code pattern over one of the Sensor adapted to the dimension of the code pattern used arrangement is made in parallel processing.

6. The method according to claim 1, characterized in that the sampling of the received code pattern in a serial operated scanning scanner is made.

7. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that the first device ( 2 ) is provided with a reflector ( 11 ; 20 ) which is connected to those parts of the device whose angular position to the second device ( 1 ) is to be transferred.

8. The device according to claim 7, characterized in that a third device for transmitting a code pattern is provided on the reflector of the first device ( 2 ) and that the second device is at least approximately in the reflection angle of the beam path for transmitting the code pattern.

9. The device according to claim 8, characterized in that the second and third devices become one Unit are summarized.

10. The device according to claim 7, characterized in that a detector array is arranged in the image plane of the second device, the outputs of which are connected to a signal processing device ( 50 ) for deriving the transmitted angle values.