DE60037697T2

DE60037697T2 - Vermessungssystem

Info

Publication number: DE60037697T2
Application number: DE60037697T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Muraoka; Ikuo c/o K. K. Topcon Ishinabe; Sho-ujiro c/o K.K. Topcon Takahashi
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: EP1039263A2; JP2000346645A; EP1039263A3; EP1039263B1; JP4320099B2; DE60037697D1; US20020093646A1; US6462810B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vermessungssystem zum Suchen eines Ziels und zum automatischen Durchführen einer Kollimation.
Der Vermessungsvorgang wird unter Verwendung eines an einem Bezugspunkt positionierten Vermessungsgeräts und eines an einem mit dem Vermessungssystem zu kollimierenden Zielpunkt installierten Kollimationsziels (ein Reflexionsspiegel, ein Eck-Kubus usw.) durchgeführt.
Mit dem Fortschreiten der Automationstechnik unterliegt auch das Vermessungsgerät dem Einfluss eines solchen Trends, und ein Vermessungsvorgang wird nun im Allgemeinen als Ein-Mann-Tätigkeit durchgeführt.
Ein so automatisiertes Vermessungsgerät umfasst einen Winkeldetektor zum Messen einer Kollimationsrichtung und ein Lichtwellen-Vermessungsgerät zum Messen der Distanz zu einem Kollimationsziel. Weiters ist es, um den Vermessungsvorgang unter Ein-Mann-Steuerung zu erreichen, mit einer Folge-Funktion zum Detektieren und Verfolgen des Kollimationsziels versehen. Beim Vermessungsvorgang mit Ein-Mann-Steuerung wird eine Bedienungsperson auf der Seite des Kollimationsziels positioniert, und das Kollimationsziel wird von der Bedienungsperson in Abhängigkeit von einem Arbeitsprozess bewegt. Wenn die Bedienungsperson das Kollimationsziel bewegt, verfolgt das Vermessungsgerät das Kollimationsziel und kollimiert das Kollimationsziel automatisch.
Sobald das Vermessungsgerät das Kollimationsziel kollimiert hat, wird das Kollimationsziel automatisch verfolgt. In diesem Fall ist der Kollimationsbereich auf einen Sichtfeld-Bereich eines Teleskops des Vermessungsgeräts beschränkt. Daher kann, wenn das Kollimationsziel bewegt wird und wenn das Kollimationsziel mit einer solchen Geschwindigkeit bewegt wird, dass eine Verfolgung desselben stattfinden kann, das Verfolgen ohne jedes Problem durchgeführt werden. Wenn jedoch die Bewegungsgeschwindigkeit größer ist als die Geschwindigkeit, mit welcher eine Nachführung durchgeführt werden kann, oder falls das Kollimationsziel außerhalb des Sichtfelds des Teleskops ist, kann eine Verfolgung nicht vorgenommen werden. Auch wenn das Sichtfeld zeitweilig durch irgendein Hindernis unterbrochen wird, kann keine Verfolgung stattfinden. Wenn ein Verfolgen nicht möglich ist, wird, ähnlich wie in dem Fall, in welchem das Kollimationsziel zum ersten Mal kollimiert wird, das Vermessungsgerät etwa über den gesamten Umfang gedreht, um das Kollimationsziel zu suchen.
Um das Kollimationsziel zu suchen, wird das Vermessungsgerät um den gesamten Umfang gedreht, und ein Reflexionsstrahl des vom Vermessungsgerät stammenden Laserstrahls, der vom Kollimationsziel reflektiert wird, wird vom Vermessungsgerät detektiert.
Wenn das Vermessungsgerät das Kollimationsziel sucht, muss der vom Kollimations ziel stammende Reflexionsstrahl vom Teleskop detektiert werden. Das Sichtfeld des Teleskops ist jedoch eng, und die Haupteinheit des Vermessungsgeräts muss wiederholt um den gesamten Umfang gedreht werden, während der vertikale Winkel verändert wird. Aus den oben beschriebenen Gründen ist es nötig, die Suche des Kollimationsziels häufig durchzuführen, nicht nur bei der ersten Kollimation im Vermessungsvorgang, sondern auch mitten unter dem Vermessungsvorgang. Weil derzeit die Suche des Kollimationsziels viel Zeit in Anspruch nimmt, ist es sehr wichtig, das Kollimationsziel innerhalb kurzer Zeit und auf effiziente Weise zu suchen, um die Arbeitseffizienz beim Vermessungsvorgang unter Ein-Mann-Steuerung zu erhöhen.
Wenn man das in das Vermessungsgerät eintretende Führungslicht näher betrachtet, so ist darin nicht nur das direkt vom Kollimationsziel eintretende Führungslicht, sondern auch das von einem optischen System nach dem Eintritt in das Vermessungsgerät reflektierte Licht inkludiert. Weiters ist auch anderes als das Führungslicht darin inkludiert. Das Licht und der Strahl, der vom optischen System reflektiert wird, wird in Rauschen umgewandelt, und der Rauschabstand („S/N-ratio") wird verringert. Wenn der Rauschabstand gering ist oder wenn der Rauschabstand infolge des lichtempfangenden Zustands verändert wird, muss ein Verstärkungsfaktor eines Photodetektionsignals von einem Photodetektionselement auf einen optimalen Wert verändert werden. Dies ist so problematisch, dass viel Zeit für das Suchen des Kollimationsziels benötigt wird.
Die EP-A2-0797076 offenbart ein Vermessungsgerät mit einer Grob-Richtungsdetektionseinrichtung und einer Fein-Richtungsdetektionseinrichtung, und weiters einer Steuereinrichtung, die zum automatischen Drehen des Vermessungsgeräts in Abhängigkeit von Ausgängen jeder der Detektionseinrichtungen, welche das davon empfangene Licht angeben, betreibbar ist.
Die US-A-3649122 offenbart eine Vorrichtung zum Messen der vertikalen Position eines Punkts in Bezug auf einen Referenzpunkt, der sich in einem Seitenabstand davon befindet. Die Vorrichtung inkludiert eine Anordnung photoelektrischer Einheiten, die zum Ausgeben elektrischer Signale angeordnet sind, welche zum Bestimmen des Punkts, an welchem ein einfallender Laserstrahl auf die photoelektrischen Einheiten auftrifft, verwendet werden können.
Die EP-A2-0823615 und die FR-A1-2477288 offenbaren technologische Hintergrundinformationen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System vorzusehen, mit welchem es möglich ist, ein Kollimationsziel unverzüglich zu detektieren, ohne die Haupteinheit des Vermessungsgeräts um den gesamten Umfang zu drehen, und die Suche des Kollimations ziels in kurzer Zeit und effizient durchzuführen. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System vorzusehen, mit welchem es möglich ist, den Rauschabstand des empfangenen Reflexionsstrahls zu verbessern und die Kollimation des Kollimationsziels innerhalb kürzester Zeit durchzuführen.
Um die obigen Ziele zu erreichen, weist das Vermessungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung die im Anspruch 1 der beigefügten Ansprüche angeführten Merkmale auf.
Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, worin:
1 eine allgemeine schematische Ansicht eines Vermessungsgeräts ist;
2 eine perspektivische Ansicht einer Vermessungsgerät-Haupteinheit im obigen Vermessungsgerät ist;
3 ein Grundriss der Vermessungsgerät-Haupteinheit ist;
4 eine Schnittansicht der Vermessungsgerät-Haupteinheit ist;
5 ein Blockschaltbild einer auf einem Kollimationsziel vorgesehenen Projektionseinrichtung ist, die hinsichtlich des Vermessungsgeräts zu installieren ist;
6 ein Blockschaltbild ist, das einen wesentlichen Teil des Vermessungsgeräts zeigt;
7 eine perspektivische Ansicht eines wesentlichen Teils einer Fein-Photodetektionseinheit des Vermessungsgeräts ist;
8 ein Grundriss eines wesentlichen Teils der Fein-Photodetektionseinheit ist;
9 ein Diagramm ist, das ein von der Fein-Photodetektionseinheit kommendes Photodetektionssignal zeigt;
10 eine perspektivische Ansicht einer Fein-Photodetektionseinheit eines zweiten Vermessungsgeräts ist, das eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
11 eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils der Fein-Photodetektionseinheit der ersten Ausführungsform ist;
12 eine perspektivische Ansicht eines wesentlichen Teils einer Fein-Photodetektionseinheit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
13 ein Grundriss eines wesentlichen Teils einer Fein-Photodetektionseinheit der zweiten Ausführungsform ist;
14 eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils der Fein-Photodetektionseinheit der zweiten Ausführungsform ist;
15 ein Grundriss eines wesentlichen Teils einer Fein-Photodetektionseinheit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
16 eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils der Fein-Photodetektionseinheit der dritten Ausführungsform ist; und
17 eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils einer Fein-Photodetektionseinheit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Nachstehend folgt eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
In 1 ist ein Vermessungsgerät 2 an einem bekannten Punkt A über ein Stativ 1 installiert. An einem Zielpunkt B wird eine Stange 4 aufgestellt, und ein Kollimationsziel 3 wird an der Stange 4 befestigt.
Wie in den 2 und 4 gezeigt, weist das Vermessungsgerät 2 eine auf dem Stativ 1 befestigte Basisplatte 6 und eine Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 auf, die um eine vertikale Achse auf der Basisplatte 6 drehbar gelagert ist. Die Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 weist ein Grundgestell 8 und ein Teleskop 9 auf, welches um eine horizontale Achse am Grundgestell 8 drehbar gelagert ist.
Im Grundgestell 8 ist ein Horizontal-Drehmechanismus 38 vorgesehen, welcher die Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 (horizontal) um die vertikale Achse dreht.
Eine Horizontal-Drehwelle 56 ist drehbar auf einer Lagereinheit 55 abgestützt, die an der Basisplatte 6 gelagert ist, und ein Gehäuse 57 des Grundgestells 8 ist auf der Horizontal-Drehwelle 56 drehbar gelagert. An der Lagereinheit 55 ist ein sich horizontal drehendes Zahnrad 58 befestigt, und ein Antriebszahnrad 59 für horizontale Drehung greift in das sich horizontal drehende Zahnrad 58 ein. Ein Horizontal-Drehmotor 60 ist im Inneren des Gehäuses 57 vorgesehen, und das Antriebszahnrad 59 für horizontale Drehung ist an der Ausgangswelle des Horizontal-Drehmotors 60 aufgesetzt. Ein Horizontaldreh-Detektor 39 ist bezüglich der Horizontal-Drehwelle 56 vorgesehen. Der Horizontaldreh-Detektor 39 und der Horizontal-Drehmotor 60 sind mit einer Steuereinheit 37 verbunden, was später zu beschreiben ist.
Ein Vertikal-Drehmechanismus 61 ist im Inneren des Grundgestells 8 angeordnet.
Das Teleskop 9 ist am Gehäuse 57 über eine Vertikal-Drehwelle 62 abgestützt, und ein Vertikaldreh-Zahnrad 63 ist auf die Vertikal-Drehwelle 62 aufgesetzt, und ein Antriebszahnrad 64 für vertikale Drehung steht mit dem Vertikaldreh-Zahnrad 63 in Eingriff. Das Vertikaldreh-Antriebszahnrad 64 ist auf die Ausgangswelle eines Vertikaldrehmotors 65 aufgesteckt, der im Gehäuse 57 vorgesehen ist. Ein Neigungswinkeldetektor 66 ist an der Vertikaldrehwelle 62 angeordnet, und der Neigungswinkeldetektor 66 und der Vertikaldrehmotor 65 sind mit der Steuereinheit 37 verbunden.
Wenn die Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 durch den Horizontal-Drehmechanismus 38 horizontal gedreht wird, wird der horizontale Winkel vom Horizontaldreh-Detektor 39 detektiert. Das Teleskop 9 wird vom Vertikaldrehmechanismus 61 vertikal gedreht (geneigt), und der Neigungswinkel wird vom Neigungswinkeldetektor 66 detektiert.
Die Detektionsergebnisse des Horizontaldreh-Detektors 39 und des Neigungswinkeldetektors 66 werden in die Steuereinheit 37 eingegeben, und das Antreiben des Horizontal-Drehmechanismus 38 und des Vertikal-Drehmechanismus 61 wird von der Steuereinheit 37 gesteuert.
Von der Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 wird ein Bereichfindungsstrahl 11 zum Kollimationsziel 3 hin projiziert. Der Bereichfindungsstrahl 11 wird von einer Reflexionseinheit (einem Eck-Kubus 12), der am Kollimationsziel 3 befestigt ist, reflektiert. Die Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 empfängt den Reflexionslichtstrahl vom Eck-Kubus 12, und der Abstand zwischen dem bekannten Punkt A und dem Zielpunkt B wird gemessen.
Das Kollimationsziel 3 weist eine Projektionseinrichtung 14 auf zum Projizieren eines Führungslichts 15 zwecks Verfolgen zum Vermessungsgerät 2 hin.
Nun folgt die Beschreibung der Projektionseinrichtung 14 unter Bezugnahme auf 5.
Die Projektionseinrichtung 14 weist vor allem eine Betätigungseinheit 16, die an der Rückseite des Kollimationsziels 3 angeordnet ist, sowie eine Projektionssteuerung 17 auf. Die Projektionssteuerung 17 weist eine CPU 18 zum Steuern der Lichtemission, eine Schnittstelle 19 zum Verbinden der CPU 18 mit der Steuereinheit 16, einen Modulationskreis 23 zwecks Verbindung mit der CPU 18, einen Antriebskreis 20 zum Antreiben und Emittieren eines Licht-emittierenden Elements 21 auf Basis eines vom Modulationskreis 23 stammenden Signals, und eine Projektionslinse 22 zum Konvergieren des vom Licht-emittierenden Element 21 emittierten Laserstrahls und zum Projizieren des Lichtstrahls als Führungslicht 15 auf.
Die Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 weist eine Kollimationsziel-Sucheinrichtung auf, welche später zu beschreiben ist. Die Kollimationsziel-Sucheinrichtung detektiert das von der Projektionseinrichtung 14 projizierte Führungslicht 15 und kollimiert die Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 auf das Kollimationsziel an einer Position, an welcher das Führungslicht 15 projiziert wird.
Die Kollimationsziel-Sucheinrichtung weist eine Grob-Richtungsdetektionseinheit 24 und eine Fein-Richtungsdetektionseinheit 25 auf.
Zuerst wird die Grob-Richtungsdetektionseinheit 24 in Verbindung mit 2, 3 und 6 beschrieben.
An vier Oberflächen des Grundgestells 8, mit Ausnahme der oberen und der unteren Oberflächen, sind Photodetektionseinheiten 26, 27, 28 und 29 vorgesehen. Alle Photodetektionseinheiten 26, 27, 28 und 29 sind gleich gestaltet. Nachfolgend wird nur die Photodetektionseinheit 26 beschrieben, und die anderen Photodetektionseinheiten 27, 28 und 29 werden nicht detailliert beschrieben.
Die Photodetektionseinheit 26 weist im Wesentlichen ein Photodetektionsfenster 31, ein Photodetektionselement 32, einen elektrischen Filterkreis 33, einen Demodulationskreis 34 und einen A/D-Wandler-Kreis 35 auf.
Ein Signal von jeder der Photodetektionseinheiten 26, 27, 28 und 29 wird in eine arithmetische Richtungsdetektionseinheit 36 eingegeben, die die annähernde Richtung detektiert, je nachdem, ob das Signal von den Photodetektionseinheiten 26, 27, 28 oder 29 stark oder schwach ist, und das Ergebnis der Detektion wird zur Steuereinheit 37 gesendet. Die Steuereinheit 37 treibt einen Horizontal-Drehmechanismus 38 an, der in die Basisplatte 6 eingebaut ist, und dreht die optische Achse des Teleskops 9 zum Kollimationsziel 3 hin.
Nun wird die Fein-Richtungsdetektionseinheit 25 in Verbindung mit den 2, 3, 6, 7 und 8 beschrieben.
Eine Fein-Photodetektionseinheit 40 ist an der Oberfläche des Grundgestells 8 vorgesehen, welche in dieselbe Richtung gewandt ist wie jene Oberfläche, an welcher eine Objektiv-Linse des Teleskops 9 angeordnet ist. Die Fein-Photodetektionseinheit 40 weist eine Zylinderlinse 41, die auch als Photodetektionsfenster dient, ein Bandpass-Filter 42, das einen Wellenlängenbereich des Führungslichts 15 passieren lässt, ein Photodetektionelement 43, das zum Fokussieren einer Position der Zylinderlinse 41 eingerichtet ist, eine Maske 45, die so eingerichtet ist, dass sie eine Photodetektions-Schlitzfläche 44 am Photodetektionselement 43 bildet, einen elektrischen Filterkreis 46, einen Demodulationskreis 47 und einen A/D-Wandler-Kreis 48 auf. Eine Achse einer konvexen Fläche der Zylinderlinse 41 ist in vertikaler Richtung verlängert, und die Linse konvergiert das eintretende Führungslicht 15 in horizontaler Richtung. Der elektrische Filterkreis 46, der Demodulationskreis 47 und der A/D-Wandler-Kreis 48 sind auf dieselbe Weise gestaltet wie der bereits beschriebene elektrische Filterkreis 33, der Demodulationskreis 34 und der ND-Wandler-Kreis 35.
Ein Photodetektionssignal der Fein-Photodetektionseinheit 40 wird in die arithmetische Richtungsdetektionseinheit 36 eingegeben. Wenn das Photodetektionssignal aus der Fein-Photodetektionseinheit 40 eingegeben wird, berechnet die arithmetische Richtungsde tektionseinheit 36 aus dem Photodetektionssignal die Richtung des Kollimationsziels 3. Wenn das Signal aus der Fein-Photodetektionseinheit 40 eingegeben wird, wird das vom Horizontaldreh-Detektor 39 kommende Signal in die Steuereinheit 37 eingegeben. Auf Basis der Signale der Fein-Photodetektionseinheit 40 und des Signals des Horizontaldreh-Detektors 39 bestimmt die Steuereinheit 37 die Richtung des Kollimationsziels 3. Danach wird der Horizontal-Drehmechanismus 38 angetrieben und die Kollimationsrichtung des Teleskops 9 wird letztlich zum Kollimationsziel 3 ausgerichtet.
Nachfolgend wird ein Betriebsvorgang beschrieben.
Wenn ein Vermessungsvorgang begonnen wird oder falls während des Vermessungsvorgangs ein Nachführen nicht erreichbar ist, wird ein Betriebsmodus des Vermessungsgeräts 2 in einen Suchmodus umgewandelt.
Der Suchmodus hat zwei Aspekte, einen Grob-Richtungssuchmodus und einen Fein-Richtungssuchmodus. Zuerst wird das Kollimationsziel 3 im Grob-Richtungssuchmodus gesucht. Im Grob-Richtungssuchmodus kann die arithmetische Richtungsdetektionseinheit 36 ein Photodetektionssignal von der Grob-Richtungsdetektionseinheit 24 mit einbeziehen oder erhalten, und ein Photodetektionssignal von der Fein-Photodetektionseinheit 40 wird blockiert.
Die Photodetektionseinheit 26 der Grob-Richtungsdetektionseinheit 24 ist auf derselben Fläche vorgesehen wie die Fein-Photodetektionseinheit 40, und die anderen Photodetektionseinheiten 27, 28 und 29 sind jeweils an drei verschiedenen Flächen vorgesehen. Demgemäß wird das Führungslicht 15 aus der Projektionseinrichtung 14 von mindestens einer der Photodetektionseinheiten 26, 27, 28 oder 29 empfangen. Falls nur eine der Photodetektionseinheiten 26, 27, 28 oder 29 das Führungslicht 15 empfängt, bestimmt die arithmetische Richtungsdetektionseinheit 36 die Drehrichtung je nach der Photodetektions-Position. Die Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 wird über den Horizontal-Drehmechanismus 38 gedreht, und die Richtung der Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 wird bei einer Position, an welcher das Photodetektionssignal nur das Signal von der Photodetektionseinheit 26 enthält, bestimmt. Falls z. B. die Photodetektionseinheit 27 den Strahl empfängt, wird die Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Falls die Photodetektionseinheit 29 den Strahl empfängt, wird sie im Uhrzeigersinn gedreht. Kurz gesagt ist sie so ausgelegt, dass nur die Photodetektionseinheit 26 das Führungslicht 15 in der kürzesten Distanz erhält.
Falls zwei der Photodetektionseinheiten 26, 27, 28 und 29 das Führungslicht 15 empfangen, wird die Photodetektionsintensität an der arithmetischen Richtungsdetektionseinheit 36 durch Vergleichen berechnet. Wenn es z. B. Photodetektionssignale von den Photodetektionseinheiten 26 und 27 gibt, werden die Photodetektionssignale der Photodetektionseinheiten 26 und 27 miteinander verglichen, und es wird bestimmt, welche der Photodetektionseinheiten das stärkere Photodetektionssignal hat. Aufgrund der Intensität des Photodetektionssignals bestimmt die arithmetische Richtungsdetektionseinheit 36 eine Drehrichtung des Horizontal-Drehmechanismus 38. Wenn z. B. das Photodetektionssignal von der Photodetektionseinheit 26 stärker ist, welche an derselben Fläche angeordnet ist wie jene, an welcher die Fein-Photodetektionseinheit 40 angeordnet ist, so treibt die arithmetische Richtungsdetektionseinheit 36 den Horizontal-Drehmechanismus 38 an, und die Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 wird in eine solche Richtung gedreht, dass das Photodetektionssignal von der Photodetektionseinheit 26 stärker wird, d. h. im Gegenuhrzeigersinn in 3. In diesem Fall ist sie wiederum so gestaltet, dass nur die Photodetektionseinheit 26 das Führungs-licht 15 mit der kürzesten Distanz empfängt.
Um den Betriebsablauf zu vereinfachen, kann die Drehrichtung der Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 durch den Horizontal-Drehmechanismus 38 im Suchmodus auf eine Richtung festgelegt werden. In diesem Fall wird, wenn die Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 durch den Horizontal-Drehmechanismus 38 in eine vorbestimmte Richtung gedreht wird und das Signal aus der Grob-Richtungsdetektionseinheit 24 nur zum Signal aus der Photodetektionseinheit 26 gedreht wird, der Grob-Richtungssuchmodus beendet.
Wenn der Grob-Richtungssuchmodus beendet ist, liegt ein solchen Zustand vor, dass die Photodetektionseinheit 26 dem Kollimationsziel 3 zugewandt ist, so dass die Photodetektionssignale der Photodetektionseinheiten 27, 28 und 29 – mit Ausnahme des Signals der Photodetektionseinheit 26 – vernachlässigbar sind. Daher liegt die Richtung der Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 zumindest im Bereich von ±45° in Bezug auf den korrekt kollimierten Zustand.
Wenn der Grob-Richtungssuchmodus beendet ist, wird zum Fein-Richtungssuchmodus gewechselt.
Im Fein-Richtungssuchmodus wird der Horizontal-Drehmechanismus 38 im Bereich von ±45° hin- und hergedreht. Die arithmetische Richtungsdetektionseinheit 36 berücksichtigt das Signal aus der Fein-Photodetektionseinheit 40 und blockiert das Signal der Grob-Richtungsdetektionseinheit 24. Während die Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 gedreht wird, tritt das Führungslicht 15 während der Drehung durch die Zylinderlinse 41 ein.
Die Zylinderlinse 41 konvergiert das Führungslicht 15 zu einer horizontalen Richtung, und das Licht wird als lineares Licht zu einer Photodetektionsoberfläche des Photodetektionselements 43 projiziert. Das Bandpassfilter 42 lässt den Wellenlängenbereich des Führungslichts 15 passieren und sperrt das andere Störlicht. Infolgedessen kann das Photodetektionselement 43 das Führungslicht 15 mit hohem Rauschabstand empfangen.
Weil die Photodetektionsoberfläche des Photodetektionselements 43 mit Ausnahme der Photodetektions-Schlitzfläche 44 von der Maske 45 bedeckt ist, gibt das Photodetektionselement 43 ein Photodetektionssignal nur dann ab, wenn das projizierte lineare Führungslicht durch die Photodetektions-Schlitzfläche 44 hindurch tritt. 9 ist ein Schema, das ein Photodetektionssignal des Photodetektionselements 43 mit Ausnahme des Störlichts zeigt. Die Breite der Photodetektions-Schlitzfläche 44 ist so festgesetzt, dass der Photodetektionsbereich ±1° ist. Das heißt, das Führungslicht 15 kann im Bereich von ±10 empfangen werden.
Die arithmetische Richtungsdetektionseinheit 36 berechnet einen Peak-Wert für das von der Fein-Photodetektionseinheit 40 stammende Photodetektionssignal oder berechnet eine gewichtete Position des gesamten Photodetektionssignals. Beim Peak-Wert des Photodetektionssignals, d. h. bei der gewichteten Position, fluchtet die Richtung der optischen Achse des Teleskops 9 mit der Richtung der optischen Achse des Führungslichts 15 des Kollimationsziels 3. Die Steuereinheit 37 berücksichtigt ein Winkelsignal des Horizontaldreh-Detektors 39 beim Peak-Wert des Photodetektionssignals und bei der gewichteten Position, und ein Horizontalwinkel wird bestimmt, bei welchem das Teleskop 9 das Kollimationsziel 3 genau kollimiert. Wenn der Horizontalwinkel bestimmt ist, treibt die Steuereinheit 37 den Horizontal-Drehmechanismus 38 an und dreht die Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 so, dass der vom Horizontaldreh-Detektor 39 detektierte Winkel zum bestimmten Winkel hingedreht wird.
Sobald die Kollimation beendet ist, wird der Betriebsmodus des Vermessungsgeräts 2 wieder auf den Nachführmodus gewechselt.
Wie oben beschrieben kann das Photodetektionselement 43 das Führungslicht 15 im horizontalen Winkel ±1° vom Teleskop 9 empfangen. Wenn sich das Kollimationsziel 3 in einem Bereich bewegt, der nicht vom Horizontalwinkel ±10 abweicht, verfolgt die Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 das Kollimationsziel 3, und die Kollimation wird unverzüglich beendet.
Über die Kollimation in einer vertikalen Richtung des Teleskops 9 wird keine spezielle Beschreibung angeführt. Die Photodetektions-Schlitzfläche 44 des Photodetektionselements 43 ist in zwei Teile geteilt, d. h. den oberen und den unteren Teil mit der Grenze in der Mitte, so dass das Photodetektionssignal von jeder der geteilten Photodetektionsoberflächen erhalten werden kann. Nach Beendigung der Kollimation in horizontaler Richtung wird der Vertikal-Drehmechanismus 61 angetrieben, so dass das Verhältnis der Photodetektionssignale von den geteilten zwei Photodetektionsoberflächen auf 1 gedreht wird und die optische Achse des Teleskops 9 mit dem Zentrum der Photodetektions-Schlitzfläche 44 fluchtet.
Wie oben beschrieben wird zum Suchen des Kollimationsziels 3 zuerst die Richtung der Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 mit der Richtung des Kollimationsziels 3 durch den Grob-Richtungssuchmodus zum Fluchten gebracht. Weil das Führungslicht 15 von den Photodetektionseinheiten 26, 27, 28 und 29, die an den vier Oberflächen der Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 angeordnet sind, detektiert wird, kann die Richtung des Kollimationsziels 3 sofort aus dem Ergebnis der Detektion der Photodetektionseinheiten 26, 27, 28 und 29 identifiziert werden. Bei der maximalen Drehung von 180° und ohne weitere Drehung kann die Richtung der Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 innerhalb kurzer Zeit zum Kollimationsziel 3 hin gedreht werden.
Weiters ist im Fein-Richtungssuchmodus die Photodetektions-Schlitzfläche 44 zum Empfangen des Führungslichts 15 länger in einer Richtung von oben nach unten. Daher kann, selbst wenn der vertikale Winkel des Teleskops 9 in Bezug auf das Kollimationsziel 3 etwas abweicht, die Fein-Photodetektionseinheit 40 das Führungslicht 15 perfekt detektieren. Um das Kollimationsziel 3 zu suchen genügt es, die Vermessungsgerät-Haupteinheit 7 lediglich durch Hin- und Herdrehen um einen Winkel von ±45° nur einmal zu drehen. Wenn das Führungslicht 15 vom Photodetektions-element 43 detektiert wird, kann die genaue Kollimationsrichtung bestimmt werden, und die Kollimationsrichtung des Teleskops 9 kann rasch und genau mit dem Kollimationsziel 3 zum Fluchten gebracht werden, wie oben beschrieben.
Es ist überflüssig zu sagen, dass eine normale konvexe Linse als Zylinderlinse 41 bei der oben beschriebenen Anordnung verwendet werden kann.
10 und 11 veranschaulichen jeweils eine erste Ausführungsform der Erfindung.
Bei der ersten Ausführungsform wird der vertikale Winkel der Fein-Photodetektionseinheit 40 zur Detektion des Führungslichts 15 weiter vergrößert. In 10 und 11 sind dieselben Komponenten, die in 7 und 8 gezeigt sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, und eine detaillierte Beschreibung erfolgt hier nicht.
Bei der ersten Ausführungsform unterscheidet sich die Zylinderlinse 50 von der in 7 und 8 gezeigten Zylinderlinse 41 dadurch, dass die Zylinderlinse 41 bogenförmig um den Brennpunkt der Linse gekrümmt ist. Das heißt, die konvexe Oberfläche der Zylinderlinse 50 ist Teil der gekrümmten Rotationsfläche um den Brennpunkt der Zylinderlinse 41 herum, und die näher dem Bandpassfilter 42 befindliche Fläche der Zylinderlinse 50 ist Teil der Zylinderfläche, die um den Brennpunkt der Zylinderlinse 41 herum gebildet wird.
Wie oben beschrieben ist die gesamte Zylinderlinse 50 um den Brennpunkt herum bogenförmig gekrümmt. Infolgedessen wird, selbst wenn das Führungslicht 15 von irgendeinem Winkel in vertikaler Richtung in die Zylinderlinse 50 eintritt, die Brechungswirkung der Zylinderlinse 50 nicht ausgeübt, soweit sie die vertikale Richtung des Strahls betrifft. Daher wird unabhängig vom vertikalen Einfallwinkel des Führungslichts 15 das Führungslicht 15 als lineares Licht auf das Photodetektionselement 43 projiziert. Demgemäß hängt die Detektionsgenauigkeit nicht vom vertikalen Einfallwinkel des Führungslichts 15 ab und wird nicht von diesem beeinflusst.
Die vorliegende Ausführungsform ist nützlich, wenn das Kollimationsziel 3 an einer Position platziert wird, die sich höhenmäßig von der Position des Vermessungsgeräts 2 unterscheidet.
12–14 zeigen jeweils eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
Die zweite Ausführungsform zeigt eine Variante der Fein-Photodetektionseinheit 40. Bei dieser Ausführungsform wird die Maske 45 der ersten Ausführungsform durch eine Blendenplatte 51 ersetzt. Auf der Blendenplatte 51 ist ein Schlitz 52 mit derselben Form wie die Photodetektions-Schlitzfläche 44 gebildet. Die Blendenplatte 51 ist im Brennpunkt der Zylinderlinse 50 angeordnet, und das Photodetektionselement 43 befindet sich in einer Position näher der Blendenplatte 51 auf der der Zylinderlinse 50 gegenüberliegenden Seite.
Durch die Blendenplatte 51 detektiert die Fein-Photodetektionseinheit 40 das Führungslicht 15 innerhalb des Bereichs von ±10.
15 und 16 stellen jeweils eine dritte Ausführungsform dar.
Die dritte Ausführungsform zeigt eine andere Variante der Fein-Photodetektionseinheit 40. Das heißt, sie unterschiedet sich von der ersten und der zweiten Ausführungsform in dem Merkmal, dass eine erste Vorsatzblende 53a und eine zweite Vorsatzblende 53b hinzugefügt sind. Die Funktion der Zylinderlinse 50, des Bandpassfilters 42 und der Blendenplatte 51 ist gleich wie bei den obigen Vermessungsgeräten.
Die erste Vorsatzblende 53a ist in einer Zwischenposition an einer Innenfläche einer Linsentrommel 49 angeordnet, die die Zylinderlinse 50 hält, und die zweite Vorsatzlinse 536 befindet sich am Ende der Linsentrommel 49 an der der Zylinderlinse 50 gegenüberliegenden Seite. Die Blendenplatte 51 ist in der Position des Brennpunkts der Zylinderlinse 50 angeordnet, und das Photodetektionselement 43 befindet sich in einer Position näher der Blendenplatte 51 an der der Zylinderlinse 50 gegenüberliegenden Seite. Der Bandpassfilter 42 ist zwischen der zweiten Vorsatzblende 53b und der Blendenplatte 51 angeordnet.
Die erste Vorsatzblende 53a befindet sich auf derselben Achse wie die Photodetektions-Schlitzfläche 44 und der von der Maske 45 gebildete Schlitz 52, und sie hat einen Schlitz 54a, der sich in derselben Richtung erstreckt. In ähnlicher Weise hat die zweite Vorsatzblende 53b einen Schlitz 54b. Jeder der Schlitze 54a und 54b hat eine derartige Schlitzbreite und -länge, dass der Lichtstrahl des Führungslichts vom Kollimationsziel 3 nicht blockiert wird, wenn die Fein-Photodetektionseinheit 40 senkrecht zum Kollimationsziel 3 gerichtet wird.
Wie oben beschrieben wird die Breite der Photodetektions-Schlitzfläche 44 so festgelegt, dass der Photodetektionsbereich in horizontaler Richtung ±10 ist. Wenn Licht in die Fein-Photodetektionseinheit 40 aus einer Richtung, die um ±10 vom Photodetektionsbereich abweicht, eintritt und durch die Innenfläche der Linsentrommel 49 reflektiert oder vom Innenteil der Fein-Photodetektionseinheit 40 reflektiert wird, und wenn dieses Licht auf dem Photodetektionselement 43 empfangen werden, werden sie zu Störlicht umgewandelt, und der Rauschabstand wird erhöht.
Wenn das Störlicht in die Fein-Photodetektionseinheit 40 über den Photodetektionsbereich von ±10 hinaus eintritt und von der Innenfläche der Linsentrommel 49 reflektiert wird, wird das Störlicht 30 von den Vorsatzblenden 53a und 53b gesperrt. Infolgedessen erreicht das Störlicht 30 das Photodetektionselement 43 nicht. Das Photodetektionselement 43 empfängt nur das Führungslicht 15, und der Rauschabstand wird erhöht.
Weil die Vorsatzblenden 53a und 53b vorgesehen sind, tritt nur das Führungslicht 15 in das Photodetektionselement 43 ein, und der Rauschabstand wird erhöht und die Detektionsgenauigkeit verbessert. Weiters kann der Verstärkungsfaktor des vom Photodetektionselement 43 stammenden Photodetektionssignals auf die Photodetektionsintensität des Führungslichts 15 eingestellt werden. Dies erleichtert den Einstellvorgang und ermöglicht die Vermeidung des Problems, dass die Einstellung wiederholt durchgeführt werden muss.
17 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung.
Bei dieser vierten Ausführungsform ist eine Vorsatzblende 53 mit einem Schlitz 54 angeordnet, und die Breite und Länge des Schlitzes 54 werden schrittweise an der Innenfläche der Linsentrommel 49 verringert. Die Schlitzbreite und die Schlitzlänge des Schlitzes 54 sind so gestaltet, dass der Schlitz mit einem konvergierenden Zustand des Führungslichts 15 gut zusammenpasst und das Führungslicht nicht sperrt.
Die vierte Ausführungsform sieht einen Effekt vor, der jenem Effekt ähnlich ist, wenn die Anzahl der Vorsatzblenden 53a und 53b bei der dritten Ausführungsform erhöht wird. Das Reflexionslicht innerhalb der Fein-Photodetektionseinheit 40 kann wirksam blockiert werden, und der Rauschabstand wird erhöht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, wenn die Kollimation der Vermessungsgerät-Haupteinheit gemäß dem Führungslicht durchgeführt wird, möglich, das Kollimationsziel zu bestätigen und die Vermessungsgerät-Haupteinheit rasch zum Kollimationsziel hin zu richten. Weiters ist es durch Vorsehen der Vorsatzblenden möglich, den Photodetektions-Rauschabstand des Führungslichts zu verbessern, das Einstellen des Systems zu erleichtern und eine Kollimation der Vermessungsgerät-Haupteinheit innerhalb kurzer Zeit vorzunehmen. Wenn die Vermessungsgerät-Haupteinheit letztlich kollimiert ist, kann die Kollimation lediglich gemäß dem Photodetektionsergebnis eines einzigen Photodetektionssensors der Fein-Richtungsdetektionseinheit präzise durchgeführt werden. Infolgedessen ist es möglich, den Schaltkreis einfach zu gestalten. Weil es einen weiten Bereich für den vertikalen Winkel gibt, bei welchem das Führungslicht durch die Richtungsdetektionseinheit detektiert werden kann, kann das System auch verwendet werden, wenn ein Höhenunterschied zwischen der Vermessungsgerät-Haupteinheit und dem Kollimationsziel besteht.

Claims

Vermessungssystem mit einem Kollimationsziel (3) zum Projizieren eines Führungslichts (15), einer Vermessungsgerät-Haupteinheit (7) zum Empfangen und Detektieren des vom Kollimations-ziel (3) projizierten Führungslichts (15), einem Horizontal-Drehmechanismus (38) zum Drehen der Vermessungsgerät-Haupteinheit (7) in horizontaler Richtung, um die Vermessungsgerät-Haupteinheit (7) zum Kollimationsziel (3) zu lenken, einer Steuereinheit (37) zum Steuern des Horizontal-Drehmechanismus (38), einer Grob-Richtungsdetektionseinheit (24), die das Führungslicht aus allen horizontalen Richtungen detektieren kann, und einer Fein-Richtungsdetektionseinheit (25) zur präzisen Detektion des Führungslichts (15) aus der Kollimationsrichtung der Vermessungsgerät-Haupteinheit (7), wobei die Fein-Richtungsdetektionseinheit (25) einen Photodetektionssensor (43) aufweist und das System dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fein-Richtungsdetektionseinheit (25) weiters aufweist: eine Photodetektions-Begrenzungseinrichtung (45, 51, 53) zum Begrenzen eines Photodetektionsbereiches in einer horizontalen Richtung des Photodetektionssensors (43) auf einen Bereich eines vorbestimmten Winkels; und eine Zylinderlinse (50) zum Konvergieren des Führungslichts in horizontaler Richtung zur Photodetektions-Begrenzungseinrichtung (45, 51, 53) hin, wobei die gesamte Zylinderlinse (50) in einer Bogenform um einen Brennpunkt der zylindrischen Linse (50) herum gekrümmt ist, so dass die lichtbrechende Wirkung der Zylinderlinse (50) nicht ausgeübt wird, soweit die vertikale Richtung des Führungslichts (15) betroffen ist, und wobei die Steuereinheit (37) zur Steuerung des Horizontal-Drehmechanismus (38) betätigbar ist, so dass eine Richtung der Vermessungsgerät-Haupteinheit (7) annähernd mit dem Kollimationsziel (3) aufgrund eines Ergebnisses einer Detektion seitens der Grob-Richtungsdetektionseinheit (24) fluchtet, und so dass die Richtung der Vermessungsgerät-Haupteinheit (7) das Kollimationsziel (3) aufgrund eines Ergebnisses einer Detektion seitens der Fein-Richtungsdetektionseinheit (25) präzise kollimiert.
Vermessungssystem nach Anspruch 1, wobei die Photodetektionsbegrenzungseinrichtung eine Maske (45) ist, die auf einer Photodetektionsoberfläche des Photodetektionssensors (43) angeordnet ist.
Vermessungssystem nach Anspruch 1, wobei die Photodetektionsbegrenzungseinrich tung eine Blendenplatte (51) ist, die an einem Brennpunkt der optischen zylindrischen Linse (50) angeordnet ist.
Vermessungssystem nach Anspruch 1, wobei die Photodetektionsbegrenzungseinrichtung weiters eine Vorsatzblende (53a) zum Sperren von Reflexionslicht in der Fein-Richtungsdetektionseinheit aufweist.
Vermessungssystem nach Anspruch 4, wobei die Vorsatzblende (53a) eine Mehrzahl von Schlitzen aufweist, deren Größe allmählich zu einer Photodetektionsoberfläche hin verringert ist.