DE69005106T2

DE69005106T2 - Anordnung zum erstellen oder bestimmen der ortung eines messpunktes.

Info

Publication number: DE69005106T2
Application number: DE69005106T
Authority: DE
Inventors: Rudolf Wiklund
Original assignee: Geotronics AB
Current assignee: Geotronics AB
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2010-04-07
Also published as: EP0466800B1; JP2846950B2; DE69005106D1; JPH04504469A; US5229828A; EP0466800A1; WO1990012282A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.
Ein Positioniersystem zum Erstellen oder Definieren der exakten Position eines Meßpunktes auf einer Oberfläche umfaßt normalerweise eine Hauptstation, die einen Entfernungsmesser, vorzugsweise einen optischen Entfernungsmesser aufweist, welcher einen Meßlichtstrahl (Meßlichtbündel) im wesentlichen in der gleichen Richtung aussendet und empfängt, beispielsweise einen elektronischen Entfernungsmesser (EDM), welcher in der Weise arbeitet, daß er reflektiertes moduliertes Licht aussendet und empfängt und Vergleiche zwischen dem jeweiligen Modulationssignal des ausgesendeten und des empfangenen Lichtstrahles durchführt. Das System umfaßt auch einen sogenannten Vertikalwinkelmesser und einen Horizontalwinkelmesser, welche die Ausrichtstellung des Entfernungsmessers zu dem zu messenden Objekt bestimmen. Die Hauptstation wird im Gelände aufgestellt und es werden Vermessungen von Absteckstäben durchgeführt. Die Hauptstation kann entweder mit einer einzelnen Person bemannt oder von der Art sein, die sich automatisch auf ein an einem Absteckstab angeordnetes Prisma einstellt (verriegelt) und dem Prisma folgt, wenn der Stab durch den Stabbediener bewegt wird. Die Verwendung eines Nahbereichs-Meßsystems zum Verbinden eines derartigen Positioniersystems mit einem übergeordneten Hauptmeßsystem, beispielsweise einem Koordinatensystem kann sowohl wirksam als auch kostensparend sein. Mit einem Nahbereichs-Meßsystem ist im vorliegenden Kontext ein System gemeint, welches Daten für die Startposition in einem externen Hauptnetzwerk gewinnt und von dort Ortspunkte ausmißt, die mit dem externen Netzwerk verbunden werden.
Es entstehen auch Situationen, in denen ein und dieselbe Meßausrüstung nicht zum Messen eines Gesamtbereiches verwendet werden kann, sondern durch mit anderen Ausrüstungen gewonnene Messungen ergänzt werden muß. Wenn ein Bereich markiert wird, beispielsweise ein Stück Land, eine Straße oder eine Autobahn usw., ist es normale Praxis, einen Entfernungsmesser in einer zentralen Position aufzustellen.
Absteckstäbe oder -stangen werden sodann an voneinander verschiedenen Meßpunkten im Gelände durch direkte Messung zwischen dem zentral aufgestellten Meßinstrument und jedem relevanten Meßpunkt positioniert. Gelegentlich werden einige der Meßpunkte von der Position des Entfernungsmeßinstrumentes aus gegen Einsicht verdeckt sein, was dann zusätzliche Arbeit durch Versetzen des Instrumentes erfordert und auch durch Ausführung zusatzlicher Referenzmessungen zum Zwecke der Bestimmung der exakten Position dieser Punkte. Das ist besonders störend im Falle einer Meßausrüstung, die von einer einzelnen Person gehandhabt werden kann, da die Verwendung dieser Ausrüstung auf diese Weise ausgeweitet wird. Im Falle einer Ausrüstung dieser Art richtet sich das zentral aufgestellte Entfernungsmeßinstrument automatisch auf den jeweils in Betracht kommenden Meßpunkt oder auf das Prisma, welches an dem ausgesteckten Stab angeordnet ist, aus. Natürlich sollte ein Versetzen des Instrumentes vermieden werden, wenn das überhaupt möglich ist.
Die Verwendung eines derartigen Nahbereichs-Meßsystems im Zusammenwirken mit einer Hauptstation ist auch insbesondere zum Bestimmen der externen Abmessungen eines großen Objektes vorteilhaft, beispielsweise einer Fahrzeugkarosserie.
Eine Beschreibung des Standes der Technik findet sich in GP-A-59 208 415.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Nahbereichs-Meßsystem vorzusehen, welches mit einem Hauptmeßsystem zusammenwirken kann. Diese Aufgabe wird mit einer erfindungsgemäßen Anordnung gelöst, die die im Anspruch 1 beschriebenen kennzeichnenden Merkmale aufweist. Andere Merkmale und weitere Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Die Erfindung wird im folgenden mehr im einzelnen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, welche zeigen:
Fig. 1A eine erste Ausführungsform einer Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Aufbau;
Fig. 1B ein Vektordiagramm, vermittels dessen die Anordnung in Fig. 1A vervollständigt wird;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zum Bestimmen der äußeren Abmessungen eines Fahrzeuges;
Fig. 3 eine Variante zu der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform;
Fig. 4 eine weitere Variante zu der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Meßvorganges, welcher mit Hilfe einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zwischenstation durchgeführt wird;
Fig. 6 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zwischenstation;
Fig. 7 und 8 schematische Darstellungen zweier weiterer Meßvorgänge, bei denen die in Fig. 6 dargestellte Zwischenstation verwendet werden kann.
Fig. 1A zeigt einen Stab 1, welcher mit einer Einheit 2 ausgestattet ist, die schematisch in einem gestrichelten Rahmen und mit viel größeren Abmessungen dargestellt ist, als ihre tatsächlichen Abmessungen in der Praxis sind. An dem Stab 1 ist auch eine Ausricht-Einrichtung 3 montiert, die in der dargestellten Ausgestaltung die Form eines Würfeleckenprismas hat, auf die eine (nicht dargestellte) Hauptstation ausgerichtet ist. Die Hauptmeßstation ist mit einer Entfernungsmeßausrüstung versehen, umfassend einen Entfernungsmesser sowie einen Vertikal- und einen Horizontalwinkelmesser, die dazu dienen, die Fluchtungsrichtung des Entfernungsmessers zu messen. Die Hauptmeßstation mißt oder bestimmt die Position (Xp, Yp, Zp) des Würfeleckenprismas 3 (Fig. 1B). Die Hauptmeßstation ist vorzugsweise von der Art, die sich automatisch an einem Ziel verriegelt und dem Ziel folgt, wenn sich dieses bewegt. Da eine derartige Station keine Verbindung mit dem vorliegenden erfinderischen Konzept hat, wird der konstruktive Aufbau der Station hier nicht beschrieben. Ebenso wenig werden in der vorliegenden Erfindung die nach Wunsch an dem Stab montierten Einrichtungen beschrieben, die die Ausrichtung der Hauptmeßstation zum Ziel und die Verfolgung des Zieles unterstützen. Eine Zielverfolgungsanordnung ist jedoch in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung Nr. 8901220-7 beschrieben und dargestellt.
Ein von der Hauptmeßstation ausgesandter, praktisch kollimierter Lichtstrahl S fällt auf eine optische Einheit, die eine Linseneinheit 4 und einen Filter 5 aufweist. Das Linsensystem dient dazu, Hintergrundlicht auszufiltern, indem es alle Wellenlängen mit Ausnahme eines engen Wellenlängenbereiches um die Wellenlänge des einfallenden Lichtstrahles herum fortfiltert. Das Optikeinheit-System bewirkt eine Bündelung des Lichtes auf eine Detektoreinheit 6 mit einem flächigen (ausgedehnten) Bereich, auf welchem der Auftreffpunkt eines einfallenden Lichtbündels angezeigt werden kann. Die Detektoreinheit 6 kann mehrere Detektoren aufweisen oder beispielsweise die Form eines Quadranten- Detektors oder eines sogenannten SITEC-Detektors haben. Die von der Detektoreinheit 6 erzeugten und den Punkt, auf welchem das Licht auftrifft, kennzeichenden Signale werden einem Verstärker 7 zugeführt und von dort zu einem Analog-/Digitalwandler 8, welcher einem Rechner 9 ein digitales Signal zuführt, das diesen Auftreffpunkt bezeichnet. Auf der Basis des etablieren Auftreffpunktes berechnet der Rechner 9 die Winkelabweichung p&sub1; (siehe Fig. 1B) zwischen der Normalen N auf den Stab und dem beinahe kollimierten Lichtbündel S von der Hauptmeßstation.
Zwei Vertikalwinkelmesser 10 und 11 messen den Vertikalwinkel in zwei zueinander orthogonalen Richtungen. Die Vertikalwinkel-Indikatoren umfassen vorzugsweise zwei Pendel-Beschleunigungsmeßgeräte oder ein Doppelpendel- Beschleunigungsmeßgerät. Die jeweiligen Vertikalwinkel- Indikatoren 10 und 11 liefern Informationen bezüglich der Abweichungen p&sub2; und p&sub3; des Stabes 2 gegenüber der Vertikalen (Fig. 1B). Die Ausgangssignale der Vertikalwinkel-Indikatoren werden in einem Analog-/Digitalwandler 12 analog-/digitalgewandelt und dem Rechner 9 zugeführt.
Das in der Hauptmeßstation erhaltene Meßresultat wird ebenfalls dem Rechner 9 zugeführt. Diese Datenübertragung kann auf unterschiedlichen Wegen erfolgen, beispielsweise über Kabel oder über Funkverbindungen, durch Modulierung von ausgesandten optischen Lichtbündeln oder auf irgendeine entsprechende Weise. Es ist auch möglich, bei jedem Meßvorgang alle Daten getrennt im Stab bzw. in der Hauptmeßstation zu speichern und in einer späteren Stufe Daten von der Hauptmeßstation zum Rechner 9 zu übertragen, oder auch Daten sowohl von der Hauptstation als auch vom Stab irgendeinem anderen Rechner zuzuführen, welcher dazu dient, die Rechnungen und Kalkulationen auszuführen. Der Abstand 1 von einem Punkt für X&sub0;, Y&sub0;, Z&sub0;, welches der Verbindungspunkt ist, in dem die Bezugsebenen der Winkelabweichungs-Meßanordnung 4-8 und der Vertikalwinkel-Indikatoranordnung 10, 11 Winkel miteinander bilden ist bekannt, ebenso wie der Abstand von dem Punkt (Xp, Yp, Zp) für das Prisma 3 sowie dem Verbindungspunkt (X&sub0;, Y&sub0;, Z&sub0;); diese werden einem Speicher im Rechner 9 zugeführt. Der Rechner 9 berechnet die Position des Meßpunktes M, indem er geometrische Berechnungen auf der Basis der gemessenen Prismenposition, der Richtung des Bündels S, die vorzugsweise mit der Fluchtungsrichtung des Entfernungsmessers der Hauptstation übereinstimmt, der drei Winkel p&sub1;, p&sub2;, p&sub3; und der gegebenen Entfernungszonen auf dem Stab ausgeführt werden. Das Ergebnis kann auf einer Anzeigeeinheit 14 angezeigt werden.
Der Meßvorgang wird ausgeführt, indem der Stab 1, welcher nach Wunsch ausziehbar ist, so daß der Stab auf meßbare Längen eingestellt werden kann, bezüglich seiner Richtung positioniert wird, indem der Stab auf den Meßpunkt aufgesetzt und sodann das Prisma und das Linsensystem grundsätzlich zur Hauptmeßstation ausgerichtet werden. Das Prismen- und Linsensystem kann gegenüber dem Stab winkelverstellt werden, so daß sie einfacher einsetzbar sind, und kann außerdem in einer Weise montiert sein, die es erlaubt, das Prismen- und Linsensystem in ausgewählte Winkelpositionen einzustellen, womit auf die Position, in die das Prismen- und Linsensystem eingestellt sind, bezogene Informationen dem Rechner 9 zugeführt werden, welcher vorzugsweise in Mikroprozessor ist.
Anstatt die Entfernung l zum Meßpunkt durch einen Teil eines Stabes anzugeben, kann dieser Abstand statt dessen durch einen Entfernungsmesser angegeben werden, welcher stationar in Ausrichtung zu der Linie positioniert wird, deren Neigung durch die beiden Vertikalwinkelmesser erfaßt wird.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die zur Bestimmung der Außenabmessungen einer Fahrzeugkarosserie eingesetzt wird. Es ist schwierig, direkt die Positionen der verschiedenen Meßpunkte auf einer Fahrzeugkarosserie durch direkte Reflexion, d.h. ohne Aufsetzen von Meßprismen auf die Fahrzeugkarosserie, von einer Hauptmeßstation aus zu bestimmen, da derartige Positionsmeßverfahren folgende Nachteile aufweisen:
A. Die Reflexion ist gering, und zwar infolge der schlechten Reflexionseigenschaften der vermessenen Oberfläche;
B. Die Reflexion ist über die Meßfläche ungleichmäßig, was es schwierig macht, zu bestimmen, auf welchem Teil des Meßpunktes eine Messung tatsächlich durchgeführt wurde - das trifft insbesondere auf unebene Oberflächen und schräg einfallende Meßlichtbündel zu;
C. Der Bereich ist klein im Vergleich zu einer Messung mit Hilfe beispielsweise von Glasprismen.
Die zuvor genannten Nachteile ergeben sich insbesondere dann, wenn Vermessungen großer Objekte erstellt werden und wenn sehr genaue Messungen erwünscht sind.
Ein Weg, die zuvor genannten Probleme auszuschalten, ist, das Meßverfahren in zwei Meßprozesse aufzuteilen:
1. Einen Prozeß, welcher ein Hauptmeßsystem A verwendet, das die Positionen eines Prismas 21 oder eines Prismensystems mißt, das fest auf einem Roboterarm 22 montiert ist. Das Hauptmeßsystem ist vorzugsweise ein Zielverfolgungssystem, so daß das System sich automatisch an dem Prisma 21 verriegelt und die Position dieses Prismas bestimmt.
2. Und ein zweites Meßsystem, welches an dem Roboterarm angeordnet ist und welches eine Winkelmeßeinrichtung 23 von beispielsweise dem gleichen Typ umfaßt wie die in Fig. 1 mit 4-8 bezeichnete Einrichtung. Diese Winkelmeßeinrichtung zeigt den Winkel zwischen dem vom Hauptmeßsystem A ausgesandten, im wesentlichen kollimierten Lichtbündel 24 und der Normalen zu der Fläche an, auf der die Einheit 23 angeordnet ist. Ähnlich zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind zwei Vertikalwinkelmesser vorgesehen, wobei diese Meßgeräte in der Figur lediglich durch einen Block 25 dargestellt sind. Ein Entfernungsmesser 26 von der Art, die automatisch die Entfernung zur nächstgelegenen Fläche messen kann, ist fest an der Unterseite des Roboterarmes 22 befestigt, vorzugsweise in Ausrichtung zu der Linie, gegen die der Winkel durch die beiden Vertikalwinkelmesser 25 gemessen wird, obwohl dieser Entfernungsmesser auch mit einem vorgegebenen Winkel gegenüber dieser Linie positioniert sein kann. Der Block 27 stellt den Rechner dar.
Wie sich von selbst versteht, kann auch ein Entfernungsmesser vom EDM-Typ als Entfernungsmesser 26 eingesetzt werden, obwohl ein derartiger Entfernungsmesser im vorliegenden Zusammenhang unnötig teuer ist. Man kann nach anderen, relativ billigen Entfernungsmessern suchen, die statt dessen eingesetzt werden können, insbesondere wenn der Roboterarm 22 relativ nahe der Oberfläche der Fahrzeugkarosserie bewegt wird. Im übrigen wird der Roboterarm so geführt, daß der Entfernungsmesser 26 so nahe wie möglich und in rechten Winkeln zur Fahrzeugkarosserie mißt. Ein Entfernungsmesser, welcher kurze Entfernungen mit hoher Genauigkeit mißt, ist ein sogenannter OPTICATOR, bei welchem man einen ausgesandten Laserstrahl nach der Reflexion von der Meßoberfläche auf einen SITEC-Detektor auftreffen läßt, nachdem er ein Linsensystem passiert hat. Zur Illustration ist der Roboterarm 22 in einer relativ großen Entfernung von der Oberfläche der Fahrzeugkarosserie positioniert dargestellt. Wenn ein OPTICATOR eingesetzt wird, wird der Roboterarm sehr nahe der Fahrzeugkarosserie bewegt, d.h. in einer Entfernung von dieser Karosserie, die von einigen Zentimetern bis zu einem Dezimeter beträgt. Das Ergebnis des Entfernungsmeßvorganges liegt dann innerhalb einer Toleranz von etwa ein bis zwei Mikron. Ein anderer Typ eines Entfernungsmessers 26, welcher für den Einsatz im vorliegenden Zusammenhang geeignet ist, ist der Interferometer-Entfernungsmesser, welcher in der Internationalen Patentanmeldung PCT/SE89/00009 beschrieben ist. Andere Entfernungsmessertypen können auch eingesetzt werden, beispielsweise Meßgeräte vom akustischen Typ. Ein wesentliches Kriterium des eingesetzten Entfernungsmessers ist, das er in der Lage ist, kurze Entfernungen genau zu messen.
Der Roboter kann einen extrem einfachen und preiswerten Aufbau haben und muß nicht genau sein; er darf sogar wackeln, wie beispielsweise der Roboterarmtyp, der für Anstreicharbeiten oder ähnliche Arbeiten eingesetzt wird, da die geforderte Meßgenauigkeit durch die erfindungsgemäße Meßanordnung erzielt wird. Der Roboterarm 22, welcher den Teil B der erfindungsgemäßen Meßanordnung trägt, wird über das zu vermessende Objekt, d.h. die Fahrzeugkarosserie entsprechend einem programmierten Bewegungsablauf geführt, welcher ein automatisches Abtasten mit hoher Meßgenauigkeit ermöglicht, da das Hauptsystem standig Messungen am Prisma 21 durchführt.
Der Teil B' der Meßanordnung muß nicht einmal von einem Roboterarm gehalten werden; die Anordnung kann statt dessen in einem Kasten 31 angeordnet sein, welcher von einem Arbeiter manuell gehalten und bewegt wird (Fig. 3). Diese Ausführungsform umfaßt auch eine Einrichtung, bei der der Entfernungsmeßstrahl 32 des Instrumentes A auch zum Messen von Winkelabweichungen eingesetzt wird, was mit Hilfe einer im wesentlichen koaxialen Anordnung durchgeführt wird, d.h. das Prisma 3 und das Linsensystem 4, 5, 6 (Fig. 1) sind nicht mit einem optischen Abstand zueinander positioniert. Koaxiale Anordnungen sind in der Optik verhältnismäßig gebräuchlich (siehe beispielsweise US 4 712 915) und infolgedessen wurde in die vorliegende Zeichnung keine gesonderte, eine derartige Anordnung zeigende Figur aufgenommen. Die Anordnung kann beispielsweise einen Strahlteiler aufweisen, welcher im Strahlenweg vor dem optischen System angeordnet ist, wobei dieser Strahlenteiler in einer Weise arbeitet, daß ein Teil des einfallenden Lichtbündels auf das Prisma 3 und ein weiterer Teil auf das Linsensystem 4, 5, 6 gerichtet wird, wobei diese optischen Einheiten natürlich so positioniert sind, daß sie Licht vom Strahlenteiler aufnehmen können.
Alternativ dazu kann der Strahlenteiler durch einen Spiegel kleiner Fläche ersetzt werden, welcher schräg und zentral im Strahlenweg positioniert wird und welcher den zentralen Teil des einfallenden Lichtbündels entweder zum Prisma 3 oder zum Linsensystem 4, 5, 6 richtet (welches dann zum Spiegel hin ausgerichtet ist und nicht geradeaus nach vorne wie in der Darstellung der Fig. 1).
Es ist schwierig, ein Wackeln zu vermeiden, wenn der Teil B' von Hand gehalten wird. Tatsächlich ist das auftretende Wackeln sehr viel stärker als das Wackeln, welchem man sogar bei dem einfachsten Roboter begegnet; infolgedessen muß das auftretende Wackeln kompensiert werden. Das kann in herkömmlicher Weise mit Hilfe eines sogenannten TN- Systems (translation normalizing system = Übertragungs- Normalisierungssystem) (in Fig. 1 schematisch in Form eines gestrichelten Blockes 33 dargestellt) durchgeführt werden. Das System umfaßt sechs Beschleunigungsmesser, die paarweise und richtungsmäßig einander gegenüberliegend jeweils auf den kartesischen Koordinaten X, Y, Z angeordnet sind, d.h. zwei Beschleunigungsmesser befinden sich auf jeder Koordinatenachse. Die von den sechs Beschleunigungsmessern im TN-System erzeugten Signale werden dem Rechner 9 zugeführt, welcher bei jedem Meßvorgang ein Wackeln des zuvor genannten Teils B' auf der Basis dieser Signale kompensiert.
Das Vermessen der äußeren Konfiguration eines großen Gegenstandes, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges muß nicht notwendigerweise ohne Berührung mit der vermessenen Oberfläche durchgeführt werden. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, in der Bauteile, die den in Fig. 2 dargestellten gleich sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, kann der Entfernungsmesser 26 zu diesem Zweck durch einen festen Stab 34 ersetzt werden, welcher beispielsweise eine Länge von 10 cm hat und welcher eine Meßspitze in der Form einer kleinen Kugel 35 aufweist. Die Stabbefestigungseinrichtung kann mit einer (nicht dargestellten) Anordnung versehen sein, die erfaßt, wenn die Kugel 35 in Kontakt mit dem zu vermessenden Gegenstand, d.h. dem Kraftfahrzeug, ist.
Fig. 5 illustriert eine Ausführungsform, bei der eine mit einem Entfernungsmesser 40 ausgestattete Hauptstation zentral aufgestellt ist. Die Hauptstation umfaßt auch eine Einheit 41, die sich selbst zu einer Reflexion von einem Punkt aus, an welchem eine Messung ausgeführt werden soll, ausrichtet und der Reflexion folgt, wenn sich diese bewegt. Zu diesem Zweck ist die Einheit 41 mit Servomotoren ausgestattet, welche den Entfernungsmesser sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung in eine korrekte Ausrichtung drehen. Der genaue Aufbau dieser Hauptstation ist im vorliegenden Dokument nicht relevant und bildet keinen Teil des erfinderischen Konzeptes. Eine Ausführungsform einer Station dieser Art ist in der gleichzeitig anhängigen schwedischen Patentanmeldung Nr. 8901221-5 beschrieben. Die Motoren erfordern jedoch Platz und eine zusätzliche Leistungsquelle, die durch eine Batterie 42 dargestellt ist, und sie erfordern außerdem, daß eine relativ voluminöse Rechen- oder Datenverarbeitungseinrichtung 421 vorgesehen wird, was zur Folge hat, daß die Hauptstation ziemlich voluminös und schwer ist; demzufolge ist es vorzuziehen, die Notwendigkeit zu vermeiden, die Station während der Bestimmung der Position von Meßpunkten in einem Bereich zu bewegen.
Um zu ermöglichen, die Positionen von Meßpunkten, die der Hauptstation verborgen sind, zu definieren oder zu erstellen, ist der Stabträger mit einer Zwischenstation ausgerüstet, welche eine Stange 43 umfaßt, die mit einem Dreibein 44 am unteren Ende und mit einer Anordnung 45 versehen ist, mittels derer die Stange exakt vertikal aufgestellt werden kann. Am oberen Ende der Stange ist ein Entfernungsmesser 46 schwenkbar angeordnet, welcher zumindest mit einem Vertikalwinkel-Indikator oder -Meßgerät versehen ist, derart, daß er nach oben und nach unten in Ausrichtung mit einem Zielpunkt 47 verstellbar ist, wobei dieser Zielpunkt in der Ausgestaltung gemäß Fig. 5 die Form eines Reflektors hat, der an einer Absteckstange oder einem Absteckstab 48 angeordnet ist, welcher dem Blick von der Hauptstation aus hinter einem Gebäude verborgen ist.
Die Stange 43 trägt einen Reflektor 49, zu dem die Hauptstation sich ausrichtet und einen Meßvorgang durchführt. Die Position der Hauptstation ist bekannt, ebenso ihre Fluchtungsrichtung in horizontaler und vertikaler Richtung. Darüber hinaus wird durch den Entfernungsmesser 41 die Entfernung zur Zwischenstation gemessen. Die Recheneinheit 421 der Hauptstation ist dann in der Lage, die Position der Zwischenstation 43-46 zu berechnen. Der zur Zwischenstation gehörende Entfernungsmesser mißt die Entfernung zum Reflektor 47 und den Vertikalwinkel des Entfernungsmessers, d.h. den Winkel, um den der Entfernungsmesser gegenüber der Horizontalen geneigt ist.
Um die Position des Meßpunktes 47 in einer horizontalen Ebene zu bestimmen, wird die Zwischenstation zusammen mit dem Entfernungsmesser 41 in eine neue Position bewegt und es wird eine neue Messung am Reflektor 47 durchgeführt, wobei die Position des Reflektors 47 dann durch Triangulation berechnet wird. Das Prisma 49 muß auf die Hauptstation 40, 41 ausgerichtet werden. Das kann dadurch erreicht werden, daß man entweder das Prisma für eine Schwenkbewegung um die Stange 43 montiert oder daß man das Prisma an der Stange 43 fest montiert und die Stange in einer Weise dreht, daß das Prisma zur Hauptstation ausgerichtet wird. In diesem letzteren Fall ist der Entfernungsmesser 46 für eine Schwenkbewegung um die Stangenachse montiert. Diese Schwenkbefestigung kann mit einem Winkel-Anzeigegerät versehen sein, welches den Winkel zwischen den verschiedenen Winkelpositionen des Reflektors 49 und ebenso den Winkel des Entfernungsmessers gegenüber der Stangenachse angeben kann. Dieser Winkel kann verwendet werden, um die Position des Reflektors zu berechnen und damit die Notwendigkeit zu umgehen, die Zwischenstation in zwei unterschiedlichen Positionen aufzustellen, um die Position des Prismas zu bestimmen. Statt dessen kann die Zwischenstation zusammen mit ihrem Entfernungsmesser mit einem Horizontalwinkel-Indikator versehen sein und es kann eine Messung an einem Referenzpunkt durchgeführt werden, dessen Position bekannt ist, zusätzlich zur Durchführung einer Messung am Prisma 47. Dieser Referenzpunkt kann in geeigneter Weise einer der anderen Meßpunkte sein, an denen Messungen direkt durch die Hauptstation 40, 41 durchgeführt worden sind. Alternativ dazu kann die Hauptstation mit einem Reflektor (nicht dargestellt) versehen sein und für Referenzmessungen eingesetzt werden. Die Position des Meßpunktes kann dann durch Kombination der Meßergebnisse berechnet werden, die man von der Hauptstation sowie der Einheit der Zwischenstation erhält, und zwar mit Hilfe eines Berechnungsprogrammes, welches auf den einfachen geometrischen Beziehungen basiert, die für die gesamte Meßauslegung bestehen. Diese Beziehungen sind einer auf diesem Gebiet kundigen Person wohlbekannt, ebenso wie die Konfiguration einer geeigneten Software, und brauchen infolgedessen hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden.
Fig. 6 zeigt eine andere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Zwischenstation. Im Falle dieser Ausgestaltung kann der verwendete Stab ein sogenannter Jacobs-Stab sein, welcher mit einem Stützfuß 51 ausgestattet ist. Am oberen Ende des Stabes ist ein Rahmen 52 befestigt, auf welchem eine stangenartige Einheit 53 starr montiert ist. Diese Einheit umfaßt einen Entfernungsmesser 54, vorzugsweise ein Meßgerät vom EDM-Typ (EDM = Electric Distance Meter), welcher dazu eingesetzt wird, Zielentfernungen in gerader Linie mit Hilfe von moduliertem Licht zu messen. Der Entfernungsmesser ist vorzugsweise von der Art, welcher mit direkter Reflexion mißt, d.h. seine Messung direkt an einem Zielpunkt ausführt ohne die Notwendigkeit, daß dieser mit einem gesonderten Reflektor versehen ist. Der Entfernungsmesser 54 kann gegenüber der stangenartigen Einheit 52 mittels einer Schwenkanordnung 55 verschwenkt werden, die mit einem exakten Drehwinkelsensor ausgestattet ist. Der Entfernungsmesser 54 ist mit Elektronikeinrichtungen und einer Anzeigeeinrichtung 56 ausgestattet.
Oberhalb des Entfernungsmessers 54 ist an der Stange 57 eine Einrichtung angeordnet, welche die Richtung zu einer Haupt-Entfernungsmeßstation (nicht dargestellt) angibt und welche automatisch der in Fig. 6 dargestellten Station folgt, wobei dieser Richtungsindikator entweder ein Teleskop 58 oder eine optische Anordnung 59 ist, die eine Linse 60, einen Filter 61 und einen zweidimensionalen Detektor 62 im wesentlichen von der gleichen Art wie die Elemente 4-6 in Fig. 1 aufweist. Ein Würfeleckenprisma 63 ist an der gleichen Stange 47 angeordnet wie der Richtungsindikator, und es dient als das Element, auf das die Haupt-Entfernungsmeßstation automatisch ausgerichtet gehalten wird und an welchem die Station ihren Meßvorgang ausführt.
Wie aus Fig. 6 zu erkennen ist, sind die beiden Vertikalwinkel-Indikatoren 64 und 65 dieser Ausgestaltung, wobei diese Indikatoren den Elementen 10 und 11 in Fig. 1A entsprechen, im Entfernungsmesser 54 angeordnet. Der Entfernungsmesser 54 kann ebenfalls um eine Achse gedreht werden, die quer zur Stange 57 liegt, so daß das Meßgerät nach oben und unten gerichtet werden kann.
Im Einsatz errichtet die Bedienungsperson zuerst eine Haupt-Meßstation, die vorzugsweise die Eigenschaft hat, in der Lage zu sein, sich selbst automatisch auf eine Zielstation auszurichten, die mit einem Prisma ausgestattet ist, und danach diese Ausrichtung beizubehalten und der Bewegung dieser Zielstation zu folgen. Eine derartige Hauptmeßstation ist verhältnismäßig groß und schwer und die Arbeit, die erforderlich ist, die Basis dieser Station so zu positionieren, daß sichergestellt ist, daß der Entfernungsmesser exakt horizontal steht, ist sehr anspruchsvoll. Die in Fig. 6 dargestellte Station kann verhältnismaßig leicht getragen und einfach an einem Ort errichtet werden, von dem aus spätere Messungen an Zielpunkten durchgeführt werden können, die von der Hauptmeßstation aus nicht direkt gesichtet werden können. Die Bedienungsperson stellt den Stab 50 auf den Meßort und richtet das Prisma 63 an dem Stab auf die Hauptmeßstation, und zwar entweder indem er durch das Teleskop 58 zielt oder mit Hilfe von Informationen, die er von der Zieleinheit 59 erhält; er stellt das Stützbein 51 so ein, daß die Ausrichtung im wesentlichen stabil bleibt. Der Entfernungsmesser 54 wird sodann durch Drehen des Meßgerätes um die Stange 57 und auch um eine senkrecht zur Stange liegende Achse auf einen Zielpunkt gerichtet, wobei man durch das Teleskop 66 hindurchblickt, welches im Entfernungsmesser eingebaut ist. Die beiden Vertikalwinkelmesser 64 und 65 messen jetzt die vertikale Ausrichtung des Entfernungsmessers. Es wird auch eine exakte Messung der Winkeldrehung des Entfernungsmessers gegenüber der Stange durchgeführt. Die in der Recheneinheit 56 gespeichete Software kann Algorithmen umfassen, mit denen die Position der Einheit 59 gegenüber einem im Entfernungsmesser neben dessen Vertikalwinkel-Indikatoren 64, 65 angeordneten Verbindungspunkt auf der Basis des Auftreffpunktes auf dem zweidimensionalen Detektor 62 der Einheit 59 berechnet wird, ferner die Entfernung zwischen der Einheit 59 und dem Entfernungsmesser 54 und die Einstellung des Entfernungsmessers gegenüber der Stange 57.
Fig. 7 zeigt ein erstes Beispiel eines Meßvorganges, welcher unter Verwendung der in Fig. 5 oder in Fig. 6 dargestellten Zwischenstation ausgeführt wird. Eine Hauptmeßstation 68 ist außerhalb eines Gebäudes 69 errichtet worden. Eine Zwischenstation 71 ist in einem Raum in dem Gebäude 69 aufgestellt. Die Hauptmeßstation 68 führt einen Meßvorgang an der Zwischenstation 71 durch ein offenes Fenster 70 hindurch aus. Die Zwischenstation 71 führt eine Vielzahl von Messungen innerhalb des Raumes aus, während die Hauptmeßstation 68 zur Zwischenstation ausgerichtet gehalten bleibt und die Position des Prismas an dieser Zwischenstation bei jedem Meßvorgang ausgemessen wird. Es ist schwierig, die in Fig. 6 dargestellte Zwischenstation stabil zu halten. Dennoch beeinflußt diese Instabilität das Meßergebnis nicht, weil die Hauptmeßstation 68 der Bewegung der Zwischenstation folgt und wegen der Meßanordnung, die in dieser Zwischenstation 71 vorgesehen ist.
Fig. 8 zeigt ein anderes Beispiel eines Meßvorganges unter Verwendung der erfindungsgemäßen Zwischenstation, in diesem Fall der in Fig. 6 dargestellten Zwischenstation. Eine Hauptmeßstation 72 ist vor einer Gebäudereihe 76 errichtet worden, wobei die Station entlang der Gebäudereihe ausgerichtet ist. Es besteht die Absicht, die Positionen von Meßpunkten, die zwischen den Gebäuden liegen, genau zu bestimmen. Eine Zwischenstation 73 wird von einer Bedienungsperson entlang der Gebäudereihe getragen und vor den Durchgängen zwischen benachbarten Gebäuden aufgestellt und führt die beabsichtigten Messungen durch.

Claims

1. Anordnung zum Etablieren oder Definieren von Meßpunkten, die von einer Hauptstation (40, 41; A; 68; 72) nicht direkt definiert oder etabliert werden können, die eine Abstandsmeßeinrichtung umfaßt, die in der Weise arbeitet, daß sie ihre eigene Position und ebenso die Position einer Positionsbestimmungseinheit (3; 21; 49; 63) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die positionsbestimmungseinheit (3; 21; 49; 63) auf einer Zwischenstationseinheit (1, 2; 22, 23, 25, 27; 43, 44, 45; Fig. 6) montiert ist, die mit einer Anzeigevorrichtung versehen ist, welche Mittel (1; 26; 34; 46; 54) zum Angeben des direkten Abstandes von einem Zielpunkt und Mittel (4 bis 12; 22, 23, 25; 43, 45; Fig. 6) umfaßt, die zum Angeben der Winkelrichtung der Mittel zum Angeben des direkten Abstandes zum Ziel in Bezug auf die Winkelrichtung der Positionsbestimmungseinheit zur Hauptstation zumindest in einer horizontalen Ebene dienen, wobei die Zwischenstationseinheit in eine Position gebracht werden kann, in der die Hauptstation in der Lage ist, die Position der Positionsbestimmungseinheit zu bestimmen und in der die Zwischenstation die Position des Meßpunktes in Relation zur Positionsbestimmungseinheit bestimmen kann,

b) wenigstens eine der beiden von der Hauptstation und der Zwischenstationseinheit gebildeten Einheiten mit einer Einrichtung zum Speichern von Meßdaten versehen ist, und

c) eine Anordnung vorgesehen ist, um die Meßergebnisse, die von der Zwischenstationseinheit erhalten werden, mit den Positionsbestimmungsdaten für das Hauptsystem zu kombinieren, um die Positionsdaten für jeden Meßpunkt zu liefern.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstation (40, 41, 42, 421) eine Abstandsmeßstation (40) umfaßt, die einen Längenmesser, einen Vertikalwinkelmesser und einen Horizontalwinkelmesser besitzt, wobei die Abstandsmeßstation vorzugsweise von der selbsteinstellenden Art ist, die in der Lage ist, der Bewegung einer Hilfseinheit (49) zu folgen.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstationseinheit folgende Bestandteile umfaßt:

a) Eine Winkelabweichungs-Meßvorrichtung (4 bis 6; 60 bis 62), die in der Weise arbeitet, daß sie den Winkel zwischen dem Pfad, der sich zwischen der Positionsbestimmungseinheit und der Hauptmeßstation (A; 68; 62) erstreckt und einer Senkrechten auf eine Empfindlichkeitsebene der Winkelabweichungs-Meßvorrichtung bestimmt;

b) eine Vertikalwinkelanzeigevorrichtung (10, 11; 64, 65) die in der Weise arbeitet, daß sie die Winkelposition in Bezug auf eine senkrechte Linie in wenigstens zwei voneinander verschiedenen Richtungen für einen Teil der Markierungsvorrichtung mißt, wobei eine bekannte oder meßbare Positionsbeziehung mit einer Empfindlichkeitsebene der Winkelabweichungs-Meßvorrichtung gegeben ist;

c) die Abstandsanzeigeeinheit (1; 26; 31; 34; 54), die den Abstand zum Meßpunkt in einer bestimmbaren Richtung bezüglich der Richtung der erwähnten Senkrechten angibt;

d) eine Berechnungseinheit (9; 27; 56), die in der Weise arbeitet, daß sie die Position eines Verbindungspunktes berechnet, in welchem die Empfindlichkeitsebene der Vertikalwinkel-Anzeigevorrichtung und eine Ebene, die einen gegebenen Winkel mit der Empfindlichkeitsebene der Winkelabweichungs-Meßvorrichtung definiert, miteinder einen Winkel auf der Basis der gemessenen Winkel bilden, sowie den von der Abstandsanzeigeeinheit erhaltenen Abstand und die Position besagter Einheit in Bezug auf den Verbindungspunkt und die Position des Meßpunktes auf der Basis der Position des Verbindungspunktes.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelabweichungs-Meßanordnung eine Detektorvorrichtung (6; 62) umfaßt, die eine ausgedehnte Fläche besitzt, auf der der Auftreffpunkt eines auftreffenden Lichtbündels angezeigt werden kann, und ein Linsensystem (4, 5; 60, 61), das in der Weise arbeitet, daß es ein Lichtbündel (S), das von der Hauptmeßstation (A; 68; 72) übertragen wird, auf die Detektorvorrichtung fokussiert.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikalwinkel-Anzeigevorrichtung zwei Pendelbeschleunigungsmesser oder einen Doppel-Pendelbeschleunigungsmesser umfaßt.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsanzeigeeinheit einen Stab (1; 34) umfaßt.

7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab auf verschiedene Längen eingestellt werden kann.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsanzeigeeinheit einen Abstandsmesser, beispielsweise einen optischen, interferometrischen oder akustischen Abstandsmesser umfaßt.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationen, die sich auf die von der Hauptmeßstation gemessenen Werte beziehen, zur Recheneinheit über eine Übertragungsanordnung übertragen werden.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Meßdaten von allen Meßanordnungen und -vorrichtungen in Speichern in der Hauptmeßstation und der Markierungsvorrichtung für den Zweck gespeichert werden können, daß in der Recheneinheit bei einer späteren Gelegenheit als beim Meßvorgang Berechnungen durchgeführt werden konnen.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungsvorrichtung von einem beweglichen Arm (22) beispielsweise einem Roboterarm oder dem Arm einer Bedienungsperson gehalten wird, wobei dieser Arm über eine Oberfläche bewegbar ist, deren Form gemessen werden soll.

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptmeßstation so ausgebildet ist, daß sie sich automatisch mit der Meßeinheit der Markierungsvorrichtung ausrichtet.

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungsvorrichtung mit einer Erschütterungs- Kompensationseinheit (33) versehen ist, die mit der Recheneinheit (9) in der Weise gekoppelt ist, daß sie an diese Einheit Signale sendet, mit deren Hilfe die Recheneinheit eine elektrische Kompensation von Erschütterungen der Markierungseinheit während des Meßvorganges durchführen kann.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsanzeigeeinheit (54) wahlweise auf festlegbare Winkelpositionen in Bezug auf die Richtung der besagten Normale eingestellt werden kann.