DE3827459A1 - Verfahren und einrichtung zum einrichten und erzeugen eines raeumlichen orthogonalen messnetzes, insbesondere zur aufmasserstellung im rahmen von bauaufnahmen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Bauanalytische Explorationen dienen unterschiedli­ chen Zwecken wie der Klärung des statisch-kon­ struktiven Systems, der Baugeschichte, der kunstge­ schichtlichen Würdigung, dem Erfassen der Baumassen und dem Verträglichkeitsabgleich mit Nutzungs- und Planungsabsichten.

Die Grundlage einer jeden Voruntersuchung histori­ scher Bausubstanz ist das differenzierte Aufmaß. Sämtliche gemessenen Punkte müssen in ihrer Lage so eindeutig bestimmt werden, daß sie bei jeder späte­ ren Messung an der gleichen Stelle im Koordina­ tensystem erscheinen, d. h. sie müssen reprodu­ zierbar sein. Erst verformungsgetreue Wiedergabe und Maßgenauigkeit ermöglichen eine exakte Scha­ densfeststellung und -analyse des statisch-kon­ struktiven Systems und der Bewegungen.

Auf dieser Grundlage lassen sich umfassende Lei­ stungsverzeichnisse und Detailpläne ausarbeiten. So können die kostenträchtige Vergabe von Baulei­ stungen in Regie vermieden und die berühmt-be­ rüchtigten Überraschungen bei der Baudurchführung weitgehend reduziert werden.

Die Bauvoruntersuchung mit Bauaufmaß, Raumbuch, Fotodokumentation, statischem Aufmaß ist samt den Untersuchungen auf tierische und pflanzliche Schäd­ linge, auf Feuchtigkeits- und Salzschäden, endo­ skopischen und dendrochronologischen Untersuchungen und nicht zuletzt Befunduntersuchungen unerläßlich, will man im hirstorisch bedeutsamen Bestand auf sicherem Boden schnell und gezielt planen und ent­ scheiden.

Die Begriffe wissenschaftliches Aufmaß, Verfor­ mungsgerechtes Aufmaß oder Analytisches bzw. Dia­ gnostisches Aufmaß bezeichnen vergleichbare Techni­ ken, die heute - regional etwas unterschiedlich - in der Denkmalforschung und Denkmalpflege angewen­ det werden.

Wurden vor wenigen Jahren noch verformungsgerechte Bauaufnahmen ausschließlich mit herkömmlichen Gerä­ ten und Methoden gemessen und gezeichnet, so können heute die Möglichkeiten der Elektronischen Daten­ verarbeitung sowohl beim Messen als auch beim Auftragen der Daten und bei weiteren Arbeitsschrit­ ten genutzt werden.

So ist es bekannt, das Bauaufmaß durch additives Messen von Hand zu ermitteln. Dies geschieht durch Messen von Einzelmaßen mit Hilfe von Meterstab und Bandmaß, Geradlinigkeit, Rechtwinkligkeit und Lot­ rechte werden dabei angenommen oder vorausgesetzt. Eine Winkelkontrolle erfolgt nicht. Räume lassen sich mit diesem bekannten Verfahren weder horizon­ tal noch vertikal verknüpfen. Dieses Verfahren besitzt ersichtlicherweise vielfältige Fehlermög­ lichkeiten.

Mittels des bekannten Messens mit Schnurachsen, Loten und Meßebenen läßt sich ein Meßnetz einfüh­ ren. In der einfachsten Form werden hierbei Schnüre gespannt, die durch Dreiecksmessungen untereinander fixiert werden, so daß mehrere Räume unverrückbar aneinandergehängt werden können. Wenn zusätzlich eine definierte Grundrißebene eingeführt wird, lassen sich bereits die gemessenen Punkte dreidi­ mensional bestimmen. Sind mehrere Ebenen zu messen, so können sie mit geringem Aufwand - durch Einmes­ sen eines abgehängten Meterbandes - miteinander verbunden werden.

Ferner ist es bekannt, Messungen mit geodätischen Geräten vorzunehmen. Dies geschieht durch Einsatz eines Theodoliten, der aufgrund seiner Fähigkeit zur Winkelbestimmung jede beliebige Richtung auf­ nehmen und Achsen in jeder Richtung einrichten kann. Da das Fernrohr des Theodoliten nicht nur horizontal schwenkbar, sondern auch vertikal dreh­ bar ist, läßt sich jeder beliebige Punkt im Raum anzielen. So ist es möglich, auch Ebenen miteinan­ der zu verbinden, die keine geeignete Öffnung zum Abhängen von Loten besitzen. Im einfachsten Fall dienen die mit dem Theodoliten eingerichteten Ach­ sen dem Spannen von Schnüren.

Der Theodolit wird aber auch zum Einrichten von vertikalen Meßebenen genutzt. Mit dem Einrichten von räumlichen Meßnetzen wird ein dreidimensionales Koordinatensystem um und in das Gebäude gelegt.

Jeder gemessene Punkt ist auf das Koordinatensystem bezogen. Er ist somit dreidimensional bestimmt und jederzeit überprüfbar.

Alle gemessenen Punkte sind untereinander fixiert. Die Punktdichte bestimmt die Genauigkeit des Auf­ maßes, da immer nur Punkte gemessen und danach mit Linien verbunden werden. Der Beobachter muß also entscheiden, welcher Punkt für die Bauanalyse von Bedeutung ist, und wo die Meßpunktzahl zu verdich­ ten oder zu dehnen ist.

Die angesprochenen bekannten Verfahren besitzen unterschiedliche Nachteile. So lassen sich Schnüre bei der Bestimmung des Aufmaßes räumlich kompli­ zierter Gebilde wie Gewölbe und Dachstühle bei der heute geforderten Genauigkeit nicht vertreten. Aber auch das Einrichten der bekannten Meßsysteme ist sehr zeitaufwenig und erfordert mindestens zwei Mitarbeiter. Insgesamt ist es von Nachteil, daß immer nur Einzelpunkte gemessen werden können und daß es zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Bewohner oder Benutzer in dem entsprechenden Gebäu­ de bei der Aufmaßerstellung kommen kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ver­ fahren der eingangs definierten Art unter Vermei­ dung der Nachteile des bekannten zu schaffen, wel­ ches eine hochgenaue Einrichtung und Erzeugung eines räumlichen orthogonalen Meßnetzes bei minima­ lem Zeit- und Personalaufwand während der Bauauf­ nahme in stets überprüfbarer Weise gestattet. Fer­ ner soll eine möglichst einfach aufgebaute, wirt­ schaftlich arbeitende Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens geschaffen werden.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabenmerkmale ergibt sich insbesondere aus den Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 5; weitere Merkmale und Vor­ teile der Erfindung sind aus den abhängigen Ansprü­ chen ersichtlich.

Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Lichtstrahl ist vorzugsweise ein Laserstrahl, aus welchen die gekennzeichnete erste rechtwinklige Durchstoßebene erzeugt wird. Ein solcher Laser­ strahl läßt sich beispielsweise auf eine vorgegebe­ ne Achse einrichten, oder es läßt sich mit ihm eine neue Achse erstellen und definieren. Mit der erfin­ dungsgemäßen Einrichtung wird die Durchstoßebene aus diesem Laserstrahl gebildet, indem koaxial zu diesem ein Pentaprisma in Rotation versetzt wird. Der Einsatz eines derartigen Prismas gewährleistet bei extrem niedriger Fehlerabweichung die Recht­ winkligkeit zwischen Durchstoßebene und dem Aus­ gangs-Laserstrahl. Durch die Rotation des Prismas erscheint die Durchstoßebene als eine scheibenför­ mige Ebene, die sich als Strich auf den entspre­ chenden Reflexionsflächen oder einem in die Ebene gehaltenen Strahlensensor abbildet. Möchte man die Abbildung auf die Reflexionsflächen, beispielsweise an einem Gebäuse, anzeichnen, so kann eine entspre­ chende Markierung angebracht werden.

Aus dieser Durchstoßebene lassen sich nach der Erfindung zwei weitere, in einer gemeinsamen Ebene liegenden Ebenensegmente erzeugen, welche ihrer­ seits rechtwinklig zur Durchstoßebene verlaufen. Ersichtlicherweise sind diese Ebenensegmente, wel­ che wiederum über mindestens ein weiteres Penta­ prisma umgelenkt werden, parallel zum Ausgangs­ licht- bzw. Laserstrahl gerichtet.

Mittels dieses erfindungsgemäßen Verfahrens und der gekennzeichneten Einrichtung zu dessen Durchführung läßt sich beispielsweise ein Raum mit hoher Genau­ igkeit an ein Achskreuz messen und zwar ein Achs­ kreuz für jeden Raum, wobei zur Einrichtung der Durchstoßebene und der davon umgelenkten Parallel­ achse lediglich ein Mitarbeiter benötigt wird und sich das erstellte orthogonale Meßnetz durch die besonders vorteilhafte Abbildbarkeit der Ebenen bzw. Achsenendpunkte an den entsprechenden bausei­ tigen Reflexionsflächen markieren und problemlos auf den Zeichnungsträger auftragen läßt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Aus­ führungsbeispiels einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der räumlichen Beziehung von einzelnen Geräten einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach den Merkmalen der Erfindung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf eine Meßanordnung mit der Ein­ richtung nach Fig. 1 zur Veranschaulichung des Verlaufs des Ausgangs-Lichtstrahls zur ersten Durchstoßebene sowie zur zweiten Parallelebene innerhalb eines Grundrisses eines räumlichen Gebil­ des.

In Fig. 1 ist eine Lichtquelle 1 gezeigt, die in Form eines Lasers ausgeführt sein kann, und welcher einen Lichtstrahl L gebündelten Lichts geradlinig aussendet. Die Lichtquelle 1 ruht auf einem Dreh­ adapter 25, der mit einem Feintrieb zum Ausrichten des Lichtstrahls L versehen ist, in einem Dreifuß 24 und/oder einer Vorrichtung zur automatischen Horizontierung um die Lichtquelle so abzustützen, daß der Lichtstrahl L stets horizontal ausgerichtet ist. Der Drehadapter kann 25 beispielsweise eine Selbsthorizontierungseinrichtung sein. Unterhalb des Drehadapters 25 befindet sich ein Dreifuß 24 mit entsprechenden schematisch dargestellten Ein­ stellmitteln. Der Dreifuß 24 wiederum ruht auf einem Stativ 23 und besitzt in seiner Zentralachse Z 1 ein Lot, das auf einen Bezugspunkt B ausgerich­ tet ist. Der Bezugspunkt B kann ein vorgegebener oder festgelegter Ausgangspunkt in einem zu bilden­ den Meßnetz sein.

Der Lichtstrahl L trifft auf ein Pentaprisma 2, das sich in einer Rotationsfassung 6 befindet und den Lichtstrahl L an seiner Strahleneingangsseite em­ pfängt. Aufgrund der pentaprismeneigenen Strahlab­ lenkung wird der auftreffende Lichtstrahl L unter einem Winkel von 90° abgelenkt und tritt an einer in der Rotationsfassung 6 ausgebildeten Seiten­ öffnung 26 aus.

Das Pentaprisma 2 wird in seiner Rotationsfassung 6 in einer regelbaren motorbetriebenen Drehlagerung 5 geführt. Der nicht dargestellte Motorantrieb er­ zeugt bei entsprechender Umlaufgeschwindigkeit aus dem um 90° abgelenkten Lichtstrahl eine Durchstoß­ ebene D, welche nach Art einer Scheibe oder eines Rotationsfächers eine rechtwinklig zum Lichtstrahl L im Raum stehende Lichtstrahlscheibe bildet. In Fig. 1 ist die Durchstoßebene D schematisch als Rotationsellipse dargestellt. Wenn diese Durchstoßebene auf eine Reflexionsfläche trifft, beispielsweise auf eine Wand, zeichnet sie sich dort als vertikaler Strich ab. An der Rotationsfas­ sung 21 befindet sich innerhalb der Durchstoßebene D eine Abhängeanordnung 16, beim gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel in Form eines Hakens, an dem ein Schnurlot Z 2 abgehängt ist. Bei genau koaxialer Ausrichtung des Pentaprismas 2 auf den Lichtstrahl L schneidet die Durchstoßebene D den am Schnurlot Z 2 markierten und auf der Zeichnung nicht näher bezeichneten Punkt.

Damit eine genaue und rasche Ausrichtung des Penta­ prismas 2 koaxial zum Lichtstrahl L möglich ist, sind verschiedene Verstell- und Verfahrmöglichkei­ ten vorgesehen. So ruht die motorbetriebene Drehla­ gerung auf einem Drehfuß 7 auf, der seinerseits von einem Dreifuß 8 getragen wird. Dieser wird auf einem Exzenter 9 abgestützt, der eine exzentrische Horizontalverlagerung des Pentaprismas 2 bezüglich eines Stativs 12 auf einfache Weise gestattet. Der Exzenter 9 ruht auf einem weiteren Drehfuß 10, der von einem Dreifuß 11 über eine höhenverstellbare Mittelsäule 13 des Stativs 12 abgestützt ist. Auch diese Kombination aus Dreh- und Dreifuß erlaubt eine genaue Horizontaleinstellung des Exzenters 9. Das Stativ 12 ist auf einem Rollenwagen 27 verfahr­ bar, so daß das Pentaprisma 2 problemlos und rasch in koaxialer Anordnung zum Lichtstrahl L gebracht werden kann.

Die Drehlagerung 5 und die Rotationsfassung 21 des Pentaprismas 2 sind mit einer koaxial zum Licht­ strahl-Eingang des Prismas sich durch die gesamte Drehlagerung erstreckenden Durchgangsöffnung 14 versehen. Diese Durchgangsöffnung erlaubt einen Austritt des durch das Prisma nicht abgelenkten Teils des Lichtstrahls L, der gemäß Fig. 1 sich an einer schematisch dargestellten Reflexionsfläche als Punkt abbilden kann. Auch ist es möglich, in diesen Lichtstrahl eine zweite, mit einem Penta­ prisma versehene Anordnung, wie die vorstehend be­ schriebene, hineinzufahren, so daß aus einem Licht­ strahl L zwei parallel zueinander verlaufende Durchstoßebenen, beispielsweise in voneinander ge­ trennten, hintereinander liegenden Räumen, die durch eine Türöffnung miteinander verbunden sind, erzeugt werden könnten.

Zur Fluchtung des Pentaprismas 2 mit der Zielachse des Lichtstrahls L ist auf der Drehlagerung 5 ein Diopter 15, entsprechend auf die Drehachse des Pentaprismas 2 ausgerichtet, vorgesehen.

Damit ausgehend von einem Lichtstrahl L beispiels­ weise eine Messung eines weiteren Raums, wie in der Grundrißdarstellung gemäß Fig. 2 angedeutet, an ein aus dem Lichtstrahl L und der Durchstoßebene D gebildetes Achskreuz möglich ist, wird über einen weiteren Einrichtungsteil eine zum Lichtstrahl L parallele Ebene bzw. Achse, die aus Ebenensegmenten P 1, P 2 besteht, gebildet. Um diese Segmente zu erzeugen, sind gemäß Fig. 1 in die Durchstoßebene D zwei weitere Pentaprismen 3 a, 3 b mit ihren Strah­ leneingangsseiten eingebracht worden. Diese beiden Prismen besitzen einander entgegengesetzt ausge­ richtete Strahlenausgangsseiten 4 a, 4 b, welche jeweils eine der Ebenensegmente P 1 und P 2 recht­ winklig zur Durchstoßebene ablenken, wobei eine entsprechend genaue Fixierung der beiden Prismen in ihrer Halterung 19 erreicht wird, so daß die Ebe­ nensegmente P 1 und P 2 in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die Halterung 19 der Prismen ist auf einer Halterungssäule 28 befestigt, welche auf die Zen­ tralachse Z eines Dreifußes 18, der die gesamte Prismenanordnung einstellbar abstützt, ausgerichtet ist. Um den Verlauf der Durchstoßebene D und damit die Strahleneingangsseite in die Prismen 3 a und 3 b präzise und rasch einrichten zu können, befindet sich auf der Halterungssäule 28 eine Markierung 17 und auf dem oberen Teil der Halterung 19 ein weite­ rer Diopter 20. Der Dreifuß 18 ist auf einem Drei­ bein 22 abgestützt, und die Zentralachse Z kann über ein entsprechendes Lot in üblicher Weise als Fußpunkt markiert werden.

Die Aufsicht gemäß Fig. 2 zeigt schematisch die Lichtquelle 1, den von dieser ausgehenden Licht­ strahl L die Ablenkung dieses Lichtstrahls in die Durchstoßebene D, und die weitere Ablenkung der Durchstoßebene, wiederum um 90°, durch die weiteren Pentaprismen 3 a und 3 b, wobei das Ebenensegment P 1 in einen Raum hinein abgelenkt wird, der von der Lichtquelle 1 aus direkt nicht zugänglich ist. Möchte man diesen Raum vermessen, so kann man pro­ blemlos den Bezugspunkt B gemäß Fig. 1 zugrundele­ gen. Der Einsatz der beschriebenen Durchstoßebene D sowie der parallel zum Lichtstrahl L verlaufenden Ebenensegmente P 1 und P 2 besitzen beachtliche Vor­ teile: sie lassen sich zügig und genau von nur einem Mitarbeiter einrichten. Die "Endpunkte" der Ebene (Achse) sind beim Einrichten kontrollierbar - anders als dies bei der Arbeit mit dem Theodoli­ ten möglich ist. Ferner ist eine "räumliche Mar­ kierung" schnell, einfach und exakt dadurch mög­ lich, daß eine Laserebene abgebildet wird, und schließlich läßt sich ein orthogonales Meßnetz problemlos auf den Zeichnungsträger auftragen und überprüfen.

Claims (11)

1. Verfahren zum Einrichten und Erzeugen eines räumlichen orthogonalen Meßnetzes, wobei vorgege­ bene Achsen bzw. Ebenen oder einzelne Punkte aufge­ nommen oder erzeugt werden können, insbesondere für die Erstellung eines verformungsgetreuen Aufmaßes im Rahmen von Baumaßnahmen, unter Verwendung eines gebündelten Lichtstrahls im sichtbaren und/oder unsichtbaren Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Lichtstrahl (L) mindestens eine erste rechtwinklig zum Lichtstrahl verlaufende Durchstoßebene (D) erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zu der Durchstoßebene (D) mindestens ein sich rechtwinklig erstreckendes Ebenensegment (P 1, 2) erzeugt wird, das zu dem besagten Licht­ strahl (L) parallel verläuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Lichtstrahl (L) auf eine vorhandene oder neu einzurichtende Ebene oder Achse bezogen horizontiert wird und daß die Durchstoßebe­ ne (D) als Lotrechte bzw. rechtwinklig zur Ebene bzw. Achse erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (L) ein Laserstrahl ist.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine über einem vorgegebenen oder neu bestimmten Bezugspunkt (B) aufgestellte Lichtquelle (1) für den Lichtstrahl (L) und ein in den Lichtstrahl (L) eingebrachtes und auf diesen strahleneingangsseitig ausgerichtetes, koaxial zum Lichtstrahl (L) in Rotation versetzbares Pentaprisma (2) zur Erzeugung der Durchstoßebene (D).

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erzeugung des besagten Ebenenseg­ ments (P 1, 2) in die Durchstoßebene (D) mindestens ein weiteres Pentaprisma (3 a, b) strahleneingangs­ seitig eingebracht wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Pentaprismen (3 a und 3 b) mit einander entgegengesetzten Strahlenausgangsseiten (4 a, 4 b) in die Durchstoßebene (D) eingebracht werden.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Pentaprisma (2) zur Erzeugung der Durchstoßebene (D) in einer Rotati­ onsfassung (6) in einer regelbaren motorbetriebenen Drehlagerung (5) geführt und diese Drehlagerung auf einem Drehfuß (7) abnehmbar abgestützt in einem Dreifuß (8) vorgesehen ist, daß der Dreifuß (8) auf einem horizontal beweglichen Exzenter (9) gehaltert ist, der seinerseits über einen weiteren Dreh- und Dreifuß (10 und 11) auf einem fahrbaren Stativ (12) mit höhenverlagerbarer Mittelsäule (13) angeordnet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drehlagerung (5) und die Rotati­ onsfassung (6) eine koaxiale Durchgangsöffnung (14) für einen Lichtdurchlaß für beidseitigen Eingang des Lichtstrahls (L) in das Prisma (2) bei entspre­ chender Anordnung des Prismas aufweist oder bei Verwendung eines strahlteilenden Prismas einen Strahlaustritt ermöglicht.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Drehlagerung (5) ein Diopter (15) zur Fluchtung des Pentaprismas (2) mit dem besagten Lichtstrahl (L) vorgesehen ist und daß die Rotationsfassung (6) in der Durchstoßebene (D) eine Abhängeanordnung (16) zur Fußpunktablotung besitzt.

11. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zwei Pentaprismen (3 a, b) mit ihren Prismen-Längsmittelachsen mit der Zentralach­ se (Z) des sie unterstützenden Dreifußes (18) zu­ sammentreffend montiert sind, daß an der Prismen­ halterung (19) eine diese Zentralachse repräsentie­ rende, auf die Durchstoßebene (D) ausrichtbare Zielmarkierung (17) vorgesehen ist sowie ferner auf die Zentralachse ausgerichtet ein Diopter (20) zum Einrichten der Pentaprismen (3 a, b) in die Durchstoßebene (D).