EP2277004A1 - Mobiles messsystem und messverfahren zum erfassen von profilschnitten oder konturen - Google Patents

Mobiles messsystem und messverfahren zum erfassen von profilschnitten oder konturen

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Publication number
EP2277004A1
EP2277004A1 EP08874184A EP08874184A EP2277004A1 EP 2277004 A1 EP2277004 A1 EP 2277004A1 EP 08874184 A EP08874184 A EP 08874184A EP 08874184 A EP08874184 A EP 08874184A EP 2277004 A1 EP2277004 A1 EP 2277004A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring system
measuring
distance
space
pivoting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08874184A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin Visel
Matthieu Richard
Joel Bonny
Marc-Henri Duvoisin
Sebastian Jackisch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2277004A1 publication Critical patent/EP2277004A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/002—Active optical surveying means
    • G01C15/004—Reference lines, planes or sectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4813—Housing arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a mobile measuring system for detecting profile sections of an object and / or space, a method for detecting profile sections of an object and / or space, and a method for detecting the extension of a surface of an object and / or space, in particular with respect to the horizontal.
  • the present invention provides a mobile measuring system for detecting profile sections of an object and / or space, which has at least one non-rotatably arranged and non-contact distance measuring device.
  • This distance measuring device is preferably a laser range finder, but a radar range finder, a microwave range finder, an ultra-wideband range finder or the like may be used.
  • the measuring system further comprises a first deflection device or partial device, which deflects a measuring signal emitted by the distance measuring device or divides it in different directions, a pivoting device for pivoting the deflection device or partial device about a first axis, in particular vertical axis, and a height adjustment device for adjusting the height of the deflection device or Parting device, wherein pivoting device and / or the height adjustment device are advantageously designed motorized.
  • a distance measurement is assigned to a corresponding pivoting angle of the distance measuring device, resulting in unique 3D coordinates that can be supplied, for example, to a CAD system (Computer Aided Design System) and further processed there to produce the profile section.
  • CAD system Computer Aided Design System
  • the height can be selected on which the profile section is to be generated. So also several profile sections of an object and / or space can be created on different contour lines. This plurality of profile sections may then be added by means of interpolation or the like a three-dimensional image of the object and / or space are linked.
  • the distance measuring device is preferably also pivotable about a second axis, which extends transversely, in particular perpendicular to the first axis, together with the pivoting device and the deflecting device or partial device.
  • a second axis which extends transversely, in particular perpendicular to the first axis, together with the pivoting device and the deflecting device or partial device.
  • profile sections transversely, in particular perpendicular to the first axis can be created, which is why the measuring system according to the invention is even more flexible, which will be described in more detail below with reference to an embodiment.
  • the pivoting movement about the second axis can also be motorized.
  • the measuring system advantageously comprises further deflecting devices and / or subassemblies.
  • Such deflecting and / or subassemblies make it possible to emit the measuring signal leaving the distance measuring device in any direction, which is why the measuring system according to the invention can be used very flexibly.
  • the further deflection devices and / or sub-devices may be provided such that they follow the pivoting movement of the first deflection device or sub-device about the first axis, as will be explained in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the further deflecting devices and / or subassemblies can be provided in such a way that they are arranged stationary relative to the pivoting movement of the first deflecting device or partial device about the first axis, ie do not rotate together with the first deflecting device or partial device.
  • the deflecting device (s) and / or the dividing device (s) are / is designed to be movable, for example foldable and unfoldable, rotatable or the like. So can these facilities For example, be designed such that they selectively influence the measuring device leaving the distance measuring device in the sense of a deflection or divide or pass unaffected. Likewise, the devices may be designed such that the deflection angle or the type of distribution of the signal is changed by their movement.
  • the measuring system further preferably has at least one leveling device which allows a predetermined orientation of the measuring system, in particular parallel to the horizontal.
  • the leveling device comprises at least one suitable sensor, such as an optical bubble, an inclinometer, a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System), a thermodynamic sensor, a mechanical pendulum or the like, with which an actual orientation of the Measuring system can be detected.
  • the adjustment of the target orientation can be done manually or automatically with the aid of a corresponding actuator in the form of a motor or the like.
  • the leveling device can also detect only the actual orientation of the measuring system with the aid of a suitable sensor, without an alignment of the measuring system to achieve the desired orientation takes place. In this case, the profile section is created taking into account the detected actual orientation of the measuring system.
  • the distance measuring device is designed such that it can emit measuring signals which can be differentiated from one another.
  • the distance measuring device may, for example, have a plurality of modules which emit measuring signals which can be differentiated from one another.
  • a plurality of laser rangefinders may be provided as modules which emit measurement signals having different wavelengths.
  • the signals emitted by the various laser range finders and reflected at the object or space, which are received by the measuring system can be distinguished, so that at the same time a plurality measurements can be made. This can shorten the measurement period accordingly.
  • a single laser rangefinder may be provided which emits measurement signals in different wavelengths.
  • the measuring system comprises an evaluation unit for evaluating the measurement data acquired by the measuring system.
  • the evaluation unit can be, for example, a commercially available stationary or mobile computer or one which has been specially developed for the measuring system.
  • the evaluation unit comprises a computer program which allows the storage and further processing of the measurement data acquired by the measuring system. A further processing of the measured data takes place, in particular, in that two-dimensional and / or three-dimensional images of the object and / or space measured with the aid of the measuring system according to the invention are generated on the basis of the measured data.
  • the evaluation unit may also be one that has been specially developed for the measuring system.
  • the measuring system advantageously has at least one input unit and / or at least one output unit and at least one interface for wired and / or wireless data transmission.
  • the input unit may be a keyboard, a mouse, a touch screen or the like.
  • the output unit for example, a screen and / or printer can be used.
  • Interfaces for data communication between the individual electronic components of the measuring system can be installed in the form of W-LAN, Bluetooth, infrared interfaces and / or connections for data cables.
  • the input units, output units and interfaces can be integrated into components of the measuring system or provided separately.
  • the measuring device comprises a remote control for data communication with various components of the measuring system, such as with the evaluation unit, the pivoting device for carrying out the pivoting movement of the distance measuring device about the first axis, the height adjustment device, the distance measuring device or the like.
  • the remote control is advantageous in that it allows the control of the measuring system from a distance, such as the selection of certain parameters, such as the swivel angle and the height, in which or on the distance measurements are to be performed, the setting of reference points, the input and unfolding diverters, etc., turning on and off the measuring operation, and the like.
  • the measuring system has a signal output device which is designed such that it indicates to the user the beginning and / or the end of a measurement carried out by the distance measuring device. Accordingly, the user need not be in the immediate vicinity of the measurement system to be informed of the beginning and end of measurements.
  • the signal output means may also be arranged to inform the user of other states of the measurement system, such as the proper receipt of commands from the user, the state of charge of accumulators, if used, etc.
  • the signal may be, for example to be an optical, acoustic, haptic or tactile signal. It is also possible to output various signals which each have a different meaning for the user.
  • the present invention provides a method for detecting profile sections of an object and / or space, in particular using a mobile measuring system according to the present invention.
  • the measuring system is first arranged at a first location, from which the object and / or the space can be measured with the aid of the measuring system, and advantageously aligned, in particular with respect to the Horizontal.
  • This alignment can be real or virtual.
  • the real orientation the actual orientation of the measuring system is detected, whereupon the actual orientation, if it does not correspond to a predetermined target orientation, is adjusted by manual or automatic alignment of the measuring system to the corresponding desired orientation.
  • a virtual alignment only the actual orientation of the measuring system is detected, without an actual adaptation of the measuring system takes place to a predetermined target orientation.
  • This detected actual orientation is then taken into account in the subsequent further processing of the measured data determined with the aid of the measuring system.
  • the distances to a plurality of spatial points of the object and / or space arranged in a common plane are detected using the measuring system.
  • a profile section of the object and / or space is created in a last step. This profile section can then be output graphically via the output device (s).
  • the distance and / or the angular position of the profile section to a reference surface of the object to be measured and / or space is / are detected, in particular to the ground or ground.
  • the height at which the distance measurements are carried out can be verified.
  • the inclination of the reference surface can be detected on condition that the reference surface is flat and extends parallel to the horizontal.
  • at least three distances to mutually different points of the reference surface are preferably measured, whereupon the extension of the reference surface or the angular position of the profile section to the reference surface is detected by means of triangulation.
  • the inclination of the reference surface to the horizontal and / or the curvature of the reference surface can be detected when the measuring system has been aligned with respect to the horizontal. It should be clear that the measurement both the distance and the angular position becomes more accurate as the number of measurements increases.
  • a plurality of different profile sections is advantageously created, which preferably extend parallel to each other. These can then be combined, for example, by means of interpolation with each other to form a three-dimensional overall profile section of the object and / or space.
  • At least one profile section can be created which extends transversely, in particular perpendicular to the other profile sections.
  • the measuring system is arranged at least at a further location, whereupon at least one further profile section is created.
  • the profile sections of the various locations can then be linked together to create an overall profile section.
  • a reference point is advantageously used which is common to at least two profile sections.
  • the present invention provides a method for detecting the extent of a surface of an object and / or space, in particular using a mobile measuring system according to one of claims 1 to 12.
  • the Measuring system initially arranged at a location from which distance measurements to the surface of the object and / or space can be carried out using the measuring system. If the area is a garage entrance or the like, the measuring system is advantageously placed directly on the surface to be measured. Subsequently, the measuring system is preferably aligned, in particular with respect to the horizontal. This alignment can be real or virtual.
  • the actual orientation of the measuring system is detected, whereupon the actual orientation, if it does not correspond to a predetermined target orientation, is adjusted by manual or automatic alignment of the measuring system to the corresponding target orientation.
  • a virtual alignment only the actual orientation of the measuring system is detected, without an actual adaptation of the measuring system takes place to a predetermined target orientation.
  • This detected actual orientation is then taken into account in the subsequent further processing of the measured data determined with the aid of the measuring system.
  • the distances to at least three different spatial points of a surface of the object and / or space are then measured. Assuming that these points in space are located on a common plane, finally the extent or extension of the plane to the horizontal is calculated by means of triangulation on the basis of the measured data.
  • the measurement data acquired with the aid of the measuring system can also be adapted to a surface shape deviating from a plane. If the surface of the object and / or space is, for example, a curved surface and not a plane, the extent or curvature can be determined on the basis of the acquired measurement data.
  • the accuracy of the measurements carried out with the aid of the measuring system or method according to the invention basically increases with the number of distance measurements and profile sections. It should also be clear that, for uneven objects or spaces, such as gravel, Sand, tiles (unevenness due to joints) or the like are covered, distance measurements can be averaged, this should be helpful. Also, measurements that deviate significantly from measurements on immediately adjacent spatial coordinates can be disregarded in the evaluation by the evaluation unit. Otherwise, for example, deep furrows in floors due to poorly laid laminate or the like can lead to serious errors in the averaging of measurement results.
  • Fig. 1 is a perspective view of an embodiment of a mobile measuring system according to the present invention
  • Fig. 2 is a side view showing a first variant of the construction of a distance measuring device of the measuring system shown in Fig. 1;
  • FIG. 3 is a plan view showing a second variant of a distance measuring device of the measuring system shown in FIG. 1;
  • Fig. 4 is a plan view showing a third variant of a distance measuring device of the measuring system shown in Fig. 1;
  • Fig. 5 is a perspective view showing the mobile measuring system shown in Fig. 1 in a state in which the distance measuring means is pivoted together with a pivot means about a horizontal axis;
  • Fig. 6 is a perspective view showing the mobile measuring system shown in Fig. 1 in measuring a room;
  • Fig. 7 is a view showing an illustration of the profile section produced when measuring the space shown in Fig. 5;
  • Figs. 8a and 8b are schematic views showing the mobile measuring system shown in Fig. 1 in surveying a shaded room;
  • Fig. 9 is a view showing the mobile measuring system shown in Fig. 1 in measuring an inclined surface
  • 10a and 10b are schematic views showing alternative methods of measuring a roof pitch with the mobile measuring system shown in FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an embodiment of a mobile measuring system according to the present invention, generally indicated at 10.
  • the mobile measuring system 10 comprises a non-contact distance measuring device 12, an optical device 13 for manipulating measuring signals output by the distance measuring device 12, a pivoting device 14, which is arranged between the distance measuring device 12 and the optical device 13 and with their help the optical Device 13 can be pivoted about a vertical axis 16 in the direction of the arrow 18 relative to the distance measuring device 12, a Leveling device 20, with the help of the distance measuring device 12 can be aligned in particular to the horizontal, a height adjustment device 22, with the help of the structure consisting of the leveling device 20, the distance measuring device 12, the optical device 13 and the pivoting device 14 in the direction of Arrow 24 can be moved up and down, a tripod 26, in which the height adjustment device 22 is received and the three length-adjustable legs 28, 30 and 32, an evaluation unit 34 in the form of a conventional laptop and a remote control 36.
  • the leveling device 20 is releasably held
  • the distance measuring device 12 comprises a laser range finder 12 a, which is designed and arranged such that it emits measurement signals upward in the direction of the arrow 37 through the pivoting device 14 to the optical device 13.
  • the measurement signals are manipulated by means of optical elements so that the measurement signals in the direction of dashed arrows 38, 39, 40, 42 and 44 emerge from the measuring system 10, which will be described in more detail below with reference to FIGS is explained.
  • the pivoting device 14 may comprise a conventional electrically, hydraulically or pneumatically driven motor or stepper motor connected to the optical device 13 so as to be able to rotate it incrementally or continuously in the direction of the arrow 18 about the vertical axis 16 relative to the distance measuring device 12. Further, the pivoting device 14 preferably comprises a rotary angle meter (not shown), with which the current angular position of the optical device 13 can be detected. The angular position of the optical Direction 13 and the detected in the corresponding angular position of the measuring system 10 distance value are assigned to each other and transmitted via a wireless interface 46 to the evaluation unit 34, which will be explained in more detail below.
  • the leveling device 20 is preferably designed such that it automatically aligns the distance measuring device 12 with respect to the horizontal.
  • the leveling device 20 includes corresponding sensors, such as tilt sensors in the form of an optical level, an inclinometer, a mechanical pendulum or the like, as well as actuators in the form of electrically, hydraulically or pneumatically operated motors.
  • the alignment of the distance measuring device 12 using the leveling device 20 can of course also be done manually. In this case can be dispensed with the actuators.
  • the height adjustment device 20 may be formed manually operable, but preferably a motor is provided, by means of which the height adjustment device 22 up and down in the direction of the arrow 24 is movable.
  • the power supply of the distance measuring device 12, the optical device 13, the pivoting device 14, the leveling device 20 and the height adjustment device 22 can take place via corresponding batteries or centrally via sliding contacts or the like, wherein the mobile measuring system 10 in the latter case via a power cable 48 with a power source (not shown).
  • the evaluation unit 34 comprises an input unit 50 in the form of a keyboard and an output unit 52 in the form of a display.
  • the evaluation unit 34 additionally comprises a computer program which requires the information necessary for processing the distance and angle information. to perform their own operations.
  • two-dimensional and / or three-dimensional profile sections of objects and / or spaces to be measured are generated on the basis of the measurement data and angle information provided by the distance measuring device 12 and the pivoting device 14, which are graphically displayed via the output unit 52 and printed out using a printer (not shown) can.
  • the evaluation unit 34 has a memory in which the measured data can be stored.
  • the evaluation unit 34 can take over further, the acquired measurement data further processing functions.
  • the remote control 36 enables communication with various components of the measuring system 10, in particular with the distance measuring device 12, the optical device 13, the pivoting device 14, the height adjustment device 22 and the evaluation unit 34.
  • the height position can be entered, to which the distance measuring device 12 using the height adjustment device 22 in the direction of arrow 24 to be moved up or down.
  • the pivoting angle or the pivoting direction can be adjusted by which the optical device 13 is to be pivoted by means of the pivoting device 14 about the vertical axis 16 in the direction of the arrow 18 relative to the distance measuring device 12.
  • the number of measurements to be performed by the distance measuring device 12 during the pivoting movement of the optical device 13 about the vertical axis 16 can be set.
  • measurements can be started and stopped using the remote control 36.
  • Other commands that can be output by means of the remote control 36 to the distance measuring device 12, the optical device 13, the pivoting device 14 and the height adjustment device 22 will be explained in more detail below.
  • the communication between the distance measuring device 12, the optical device 13, the Swivel device 14, the height adjustment device 22, the evaluation unit 34 and the remote control 36 can basically be done both wired and wireless.
  • wireless interfaces may be provided, such as Bluetooth, infrared and / or W-LAN interfaces, or the like, or corresponding data and power lines, slip rings, etc.
  • FIG. 2 is a schematic side view of a first variant of the structure of the optical device 13 of the measuring system 10 shown in FIG. 1.
  • the optical device 13 comprises a base 54 in the form of a base plate which, with the aid of the pivoting device 14, moves around the vertical axis 16 in the direction of the arrow 18 can be rotated relative to the distance measuring device 12 and which serves to receive the components of the optical device 13, namely a first deflecting device 56 which deflects the measuring signal emitted by the laser rangefinder 12a in the direction of the arrow 37 in the direction of the arrow 57, and two further deflection devices 58 and 60 which serve to redirect the measurement signal coming from the first deflection device 56 in further directions.
  • a first deflecting device 56 which deflects the measuring signal emitted by the laser rangefinder 12a in the direction of the arrow 37 in the direction of the arrow 57
  • two further deflection devices 58 and 60 which serve to redirect the measurement signal coming from the first deflection device 56 in further directions.
  • the deflection devices 56, 58 and 60 may be mirrors, prisms or the like, for example.
  • the deflecting devices 58 and 60 are designed to be pivotable so that they are movable in the direction of the arrows 62 and 64. If both deflection devices 58 and 60 are in their first position, in which they extend substantially parallel to the base 54 and rest against it, then the measurement signal coming from the first deflection device 56 is not deflected and exits in the direction of the arrow 40 shown by dashed lines the measuring system 10 off.
  • the measuring signal coming from the first deflecting device 56 is correspondingly deflected and exits the measuring system depending on the angular position of the deflecting device 58 in the direction of the dashed arrow 38 or 39 10 off.
  • the measuring signal coming from the first deflecting device 56 will be deflected downward and, depending on the angular position of the deflecting device 60, will be dashed shown arrow 42 or 44 from the measuring system 10 from.
  • the measuring system 10 according to optional measurements in each of the arrows
  • the optical device 13 is, as shown in Figure 1, surrounded by a housing, not shown in Figure 2, which serves to protect the individual components of the optical device 13.
  • This housing has corresponding outlet openings to the outlet of measurement signal in the direction of arrows 38,
  • FIG. 3 is a schematic view showing another variant of the structure of the optical device 13.
  • the optical device 13 comprises a base 54, which can be rotated about the vertical axis 16 in the direction of the arrow 18 relative to the distance measuring device 12 by means of the pivoting device 14, a first sub-device 66, that of the laser rangefinder 12a in the direction of A second divider 69, which divides the sub-signal 68a into sub-signals 70a and 70b, a first deflection device 71 which is designed to be movable between different positions and the sub-signal 70a optionally in the direction of the arrow 42nd or 44 deflects, a second deflecting 72, which is designed to be movable between different positions and deflects the sub-signal 68b optionally in the direction of arrow 38 or 39, as well as pivotable shutters 73, 74 and 75, which in the direction of arrows 76, 77 and 78 are movably arranged and the corresponding part signals 68b and 70
  • the measurement signal emitted by the laser rangefinder 12a is thus divided by the first subdevice 66 into the two component signals 68a and 68b.
  • the sub-signal 68a is again divided by the second sub-device 69 into the sub-signals 70a and 70b.
  • the partial signal 70a reaches the deflection device
  • the partial signal 70b leaves the measuring system directly in the direction of the arrow 40 without any further deflection.
  • the partial signal 68b reaches the deflection device
  • the shutters 74 and 75 are pivoted in the direction of the arrows 76 and 77 in such a way that they block the passage of the corresponding component signals 70a and 70b.
  • the shutters 73 and 74 are reversely pivoted in the direction of the arrows 77 and 78 when the measurement signal emitted from the laser distance meter 12a is to exit in the direction of the arrow 40.
  • the shutter 75 remains open in this case.
  • the shutter 74 remains open while the shutters 73 and 75 are pivoted into their blocking position.
  • the measuring system 10 can accordingly make optional measurements in each of the directions indicated by the arrows 38, 39, 40, 42 and 44.
  • the laser rangefinder 12a can alternatively also be designed such that it emits measurement signals having three different wavelengths. This can be achieved, for example, by means of different laser removal be realized keypad modules.
  • the shutters 73, 74 and 75 are respectively replaced by frequency- or wavelength-selective elements, each passing only one of the three wavelengths.
  • the measurement signals leaving the measurement system 10 in the directions of arrows 38 and 39, 40 and 42 and 44, respectively have a predetermined wavelength.
  • the measurement system 10 can also associate the response signals it receives with the respective directions, and therefore multiple measurements can be made simultaneously. In this way, the total measurement time can be shortened.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a third variant of the structure of the optical device 13.
  • the optical device 13 comprises a base 54 in the form of a base plate with two separate, circular and concentrically arranged portions 54a and 54b.
  • the inner portion 54 a is formed and arranged such that it is rotatable by means of the pivoting device 14 about the vertical axis 16 in the direction of the arrow 18 relative to the distance measuring device 12.
  • the outer portion 54 b is formed and arranged so that it dwells during the rotational movement of the portion 54 a stationary with respect to the distance measuring device 12.
  • a first deflection device 56 Arranged on the inner portion 54a of the base 54 is a first deflection device 56, which deflects the measurement signal emitted by the laser rangefinder 12a in the direction of the arrow 40.
  • a first deflection device 56 Arranged on the inner portion 54a of the base 54 is a first deflection device 56, which deflects the measurement signal emitted by the laser rangefinder 12a in the direction of the arrow 40.
  • deflectors 79a, 79b, 79c, 79d, 79e and 79f are equally spaced deflectors 79a, 79b, 79c, 79d, 79e and 79f arranged.
  • deflecting devices 79a, 79b, 79c, 79d, 79e and 79f are designed to be movable such that the deflecting devices 19a, 79c and 79e selectively deflect the measuring signal coming from the first deflecting device 56 in the direction of the arrow 38 or 39, and that the deflecting devices 79b, 79d and 79f optionally deflect the measurement signal coming from the first deflection device 56 in the direction of the arrow 42 or 44.
  • the measuring system 10 During a rotational movement of the Section 54a of the base 54 about the vertical axis 16 in the direction of the arrow 18, the measuring system 10 according to optionally make measurements in each of the directions indicated by the arrows 38, 39, 40, 42 and 44 directions.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the mobile measuring system 10 shown in FIG. 1, wherein the pivoting device 14 and the optical device 13 have been pivoted about a pivot axis 96 by 90 °.
  • the pivotal position achieved in this way is stabilized by means of a retaining element 98.
  • the outlet directions 38, 39, 40, 42 and 44 are rotated accordingly by 90 °.
  • FIG. 6 shows a schematic perspective view, in which the mobile measuring system 10 shown in FIGS. 1 to 5 is used to measure a space 100 which has a plurality of wall sections, wherein only the wall sections 102, 104, 106 and 108 are shown in FIG ,
  • the mobile measuring system 10 is first set up at a location in the middle of the room 100, whereupon the distance measuring device 12 of the mobile measuring system 10 is aligned by means of the leveling device 20 with respect to the horizontal. In this way it is ensured that the measuring signal emerging in the direction of the arrow 40 from the optical device 13 of the measuring system 10 extends parallel to the horizontal, then a starting point 110 is determined, which is located in FIG.
  • the measuring angle ⁇ is set by which the optical device 13 is to be pivoted by means of the pivoting device 14 during the performance of the measurement.
  • an endpoint 112 can also be fixed. be placed, which is also at the height hi.
  • the measurement is now started, whereupon the optical device 13 is rotated by the measuring angle ⁇ in such a way that a measuring line 114 between the starting point 110 and the end point 112 at the height hi travels from the measuring signal emerging from the optical device 13 in the direction of the arrow 40 becomes.
  • the measurement system 10 measures any number of distances to points located on the measurement line 114.
  • the individual distance measurements are assigned to the respective swivel angle of the optical device 13, at which the corresponding distance measurement was made, and sent to the evaluation unit 34. Based on the received measurement data, this generates a profile section 116 which can be printed out in the form of a two-dimensional image 118 or displayed via the output unit 52 of the evaluation unit 34, as shown in FIG.
  • the optical device 13 of the mobile measuring system 10 can be moved by means of the height adjustment device 22, for example to a further starting point 120, whereupon a further profile section along the measuring line 122 between the starting point 120 and another End point 124 can be generated.
  • the profile section thus produced can then be combined, for example, by means of interpolation with the first profile section 116 to form a three-dimensional profile section.
  • any number of profile sections can be created and combined with one another in order to produce the most accurate illustration of the space 100.
  • the measuring signal is deflected several times during the pivoting movement of the optical device 13 by the measuring angle ⁇ such that it is deflected in the direction of the arrow 42 (see also FIG Device 13 exits. In this way, distances to the ground 126 along the circular arc 128 are determined. At least three distance measurements to the floor 126 are required to determine the inclination of the floor 126 with respect to the horizontal by means of a triangulation method. However, it should be understood that the accuracy of the slope measurement increases with increasing number of distance measurements to the ground 126.
  • the inclination of the ceiling of the room 100 to the horizontal can be determined by the measurement signal is deflected in the direction of arrow 38 or 39, see Figures 1 to 4.
  • the mobile measuring system 10 merely has to be transferred to the state shown in FIG. Based on this state, the optical device 13 can be pivoted by means of the pivoting device 14 about the now horizontally extending axis 16 in the direction of the arrow 18, so that a vertical profile section is generated. Then, the height adjustment device 22 can be rotated by a motor, not shown, in the direction of the arrow 131 by a predetermined pivoting angle, after which a further vertical profile section can be created.
  • FIGS. 8a and 8b are schematic plan views of a space 130 to be measured with the aid of the measuring system 10, which has a projection 132 (also referred to as shading) which can not be completely measured from a location within the space 130 alone.
  • the mobile measuring system 10 is first set up at a first location within the room 130, as shown in Figure 8a. From this location any number of profile sections are detected at different heights, but starting from the location of the measuring system 10 shown in Fig. 8a no accurate measurement data on the space portion 134 shown in dashed lines can be achieved because this section 134 is covered by the projection 132 , Subsequently, a second location within the room 130 is selected for the mobile measuring system 10, from which the space portion 134 can be measured. This second position is shown in FIG. 8b. It can be determined by the user himself or proposed by the evaluation unit 34.
  • Profile sections of the space 130 at the corresponding heights are again generated from this second location, wherein this time no measured data can be obtained via the spatial section 136 shown in dashed lines in FIG. 8b, since this space section 136 is covered by the projection 132.
  • a two- or three-dimensional overall profile cut can then be achieved by combining the profile cuts obtained from the first location ( Figure 8a) and those obtained from the second location (see Figure 8b). This combination can be done, for example, by means of a reference point 138, which can be detected from both locations and whose spatial coordinates are known.
  • FIG 9 is a perspective view showing the mobile measuring system 10 during a process in which the inclination of an inclined surface 140 with respect to the horizontal is detected.
  • the mobile measuring system 10 is initially skewed Surface 140 is positioned.
  • the distance measuring device 12 is aligned substantially horizontally, which can be realized by adjusting the length of the legs 28, 30 and 32 of the stand 26.
  • the exact alignment of the distance measuring device 12 parallel to the horizontal is then again using the leveling device 20.
  • - as in the detection of the inclination of the bottom 126 of the space 100 see Figure 6) - at least three distance measurements to the inclined plane 140 along a circular arc 128 performed while the optical device 13 is pivoted by a measuring angle ⁇ .
  • the inclination of the inclined plane 140 with respect to the horizontal can then be determined, for example with a triangulation method.
  • FIGS. 10a and 10b show two variants for determining the inclination of roof slopes 150 and 152 with respect to the horizontal.
  • the mobile measuring system 10 is positioned directly below the gable, so that both roof slopes 150 and 152 can be detected by the measuring signal deflected in the direction of the arrow 39. Subsequently, the distance measuring device 12 is aligned by means of the leveling device 20 parallel to the horizontal. It should be noted that it is alternatively also possible for the distance measuring device 12 to detect the inclination of the distance measuring device 12 with respect to the horizontal only without an actual alignment of the measuring system 10 taking place. The inclination information determined by the sensors can then be taken into account later in the calculation of the profile section. It is therefore not absolutely necessary that an actual orientation of the distance measuring device 12 takes place.
  • the distances to at least six measuring points are determined.
  • at least three measuring points lie on a common surface on the sloping roof 150 and on the sloping roof 152. The more measuring points are determined here, the more accurate the gable profile can subsequently be detected by means of triangulation or the like.
  • one or more horizontal and / or vertical profile sections can be generated before, after or simultaneously with the measurement of the gable profile, as described with reference to FIG. 6.
  • the slopes of the roof slopes 150 and 152 may also be sequentially detected by first positioning the mobile measurement system 10 below the roof slope 150 and then below the roof slope 152, as shown in Figure 10b.
  • the distance measuring device need not be a laser rangefinder. Rather, alternatively, other non-contact rangefinder can be used.
  • a plurality of distance measuring devices may also be provided, such as a plurality of laser rangefinders which emit measuring signals having different wavelengths.
  • the different wavelengths serve for distinguishing measurement signals, which after their transmission to an object or a wall and then received again by the measuring system.

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Abstract

Mobiles Messsystem zum Erfassen von Profilschnitten eines Objektes und/oder Raumes, umfassend zumindest eine drehfest angeordnete und berührungsfrei arbeitende Abstandsmesseinrichtung, eine erste Umlenkeinrichtung oder Teileinrichtung, die ein von der Abstandsmesseinrichtung emittiertes Messsignal umlenkt oder in verschiedene Richtungen aufteilt, eine Schwenkeinrichtung zum Verschwenken der Umlenkeinrichtung oder Teileinrichtung um eine erste Achse und eine Höhenverstelleinrichtung zum Verstellen der Höhe der Umlenkeinrichtung oder Teileinrichtung.

Description

MOBILES MESSSYSTEM UND MESSVERFAHREN ZUM ERFASSEN VON PROFILSCHNITTEN ODER KONTUREN
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mobiles Messsystem zum Erfassen von Profilschnitten eines Objektes und/oder Raumes, ein Verfahren zum Erfassen von Profilschnitten eines Objektes und/oder Raumes sowie ein Verfahren zum Erfassen der Erstreckung einer Fläche eines Objektes und/oder Raumes, insbesondere in Bezug auf die Horizontale.
Es sind bereits verschiedenartigste Messgeräte bekannt, mit deren Hilfe Abmessungen von Objekten und/oder Räumen bestimmt werden können .
Zum Erfassen von Raumkonturen werden beispielsweise Lasermessgeräte, Meterstäbe, Winkelmesser und dergleichen eingesetzt. Durch die Zusammensetzung einer Vielzahl von manuell durchgeführten Einzelmessungen kann dann ein zwei- oder dreidimensionaler Profilschnitt des Raumes erstellt und graphisch abgebildet werden. Ein wesentlicher Nachteil besteht allerdings darin, dass die manuelle Vermessung eines Raumes mit sehr viel Aufwand verbunden ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn aufgrund unebener Wände oder aufgrund von Aussparungen und Vorsprüngen, die nur auf bestimmten Höhen des Raumes vorhanden sind, Profilschnitte entlang verschiedener Höhenlinien des Raumes erstellt werden müssen. Zudem addieren sich bei der manuellen Durchführung von Einzelmessungen Messfehler, weshalb die erzielten Profilschnitte und deren graphischen Abbildungen sehr ungenau sein können.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes mobiles Messsystem und ein verbessertes Verfahren zum Erfassen von Profilschnitten eines Objektes und/oder Raumes bereitzustellen. Offenbarung der Erfindung
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein mobiles Messsystem zum Erfassen von Profilschnitten eines Objektes und/oder Raumes, das zumindest eine drehfest angeordnete und berührungsfrei arbeitende Abstandsmesseinrichtung aufweist. Bei dieser Abstandsmesseinrichtung handelt es sich bevorzugt um einen Laserentfernungsmesser, wobei jedoch auch ein Radarentfernungsmesser, ein Mikrowellenentfernungsmesser, ein Ultra-Breitband- Entfernungsmesser oder dergleichen verwendet werden kann. Das Messsystem umfasst ferner eine erste Umlenkeinrichtung oder Teileinrichtung, die ein von der Abstandsmesseinrichtung emittiertes Messsignal umlenkt oder in verschiedene Richtungen aufteilt, eine Schwenkeinrichtung zum Verschwenken der Umlenkeinrichtung oder Teileinrichtung um eine erste Achse, insbesondere Hochachse, und eine Höhenverstelleinrichtung zum Verstellen der Höhe der Umlenkeinrichtung oder Teileinrichtung, wobei Schwenkeinrichtung und/oder die Höhenverstelleinrichtung vorteilhaft motorisiert ausgebildet sind. Durch ein schrittweises oder kontinuierliches Verschwenken der ersten Umlenkeinrichtung oder Teileinrichtung um die erste Achse können entsprechend Abstandsmessungen zu einem Objekt und/oder Raum entlang einer Höhenlinie durchgeführt werden, die zusammengesetzt einen Profilschnitt des Objektes und/oder Raumes ergeben. Dabei wird jeweils eine Abstandsmessung einem entsprechenden Schwenkwinkel der Abstandsmesseinrichtung zugeordnet, wodurch sich eindeutige 3D-Koordinaten ergeben, die beispielsweise einem CAD-System (Computer Aided Design-System) zugeführt und dort zur Erstellung des Profilschnittes weiterverarbeitet werden können. Durch Verstellen der Höhe der Umlenkeinrichtung oder Teileinrichtung kann die Höhe ausgewählt werden, auf welcher der Profilschnitt erzeugt werden soll. So können auch mehrere Profilschnitte eines Objektes und/oder Raumes auf verschiedenen Höhenlinien erstellt werden. Diese Mehrzahl von Profilschnitten kann dann mittels Interpolation oder dergleichen zu einer dreidimensionalen Abbildung des Objektes und/oder Raumes verknüpft werden.
Die Abstandsmesseinrichtung ist zusammen mit der Schwenkeinrichtung und der Umlenkeinrichtung oder Teileinrichtung bevorzugt zudem um eine zweite Achse verschwenkbar, die sich quer, insbesondere senkrecht zur ersten Achse erstreckt. Auf diese Weise können auch Profilschnitte quer, insbesondere senkrecht zur ersten Achse erstellt werden, weshalb das erfindungsgemäße Messsystem noch flexibler einsetzbar ist, was anhand einer Ausführungsform nachfolgend noch genauer beschrieben wird. Auch die Schwenkbewegung um die zweite Achse kann motorisiert erfolgen.
Das Messsystem umfasst vorteilhaft weitere Umlenkeinrichtungen und/oder Teileinrichtungen. Derartige Umlenk- und/oder Teileinrichtungen ermöglichen es, das die Abstandsmesseinrichtung verlassende Messsignal in beliebige Richtungen auszusenden, weshalb das erfindungsgemäße Messsystem sehr flexibel einsetzbar ist.
Die weiteren Umlenkeinrichtungen und/oder Teileinrichtungen können derart vorgesehen sein, dass sie der Schwenkbewegung der ersten Umlenkeinrichtung oder Teileinrichtung um die erste Achse folgen, wie es nachfolgend noch näher unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 erläutert wird.
Alternativ können die weiteren Umlenkeinrichtungen und/oder Teileinrichtungen derart vorgesehen sein, dass sie in Bezug auf die Schwenkbewegung der ersten Umlenkeinrichtung oder Teileinrichtung um die erste Achse ortsfest angeordnet sind, sich also nicht zusammen mit der ersten Umlenkeinrichtung oder Teileinrichtung drehen .
Vorteilhaft ist/sind die Umlenkeinrichtung (en) und/oder die Teileinrichtung (en) bewegbar ausgeführt, beispielsweise ein- und ausklappbar, drehbar oder dergleichen. So können diese Einrichtungen beispielsweise derart ausgeführt sein, dass sie das die Abstands- messeinrichtung verlassende Messsignal wahlweise im Sinne eines Umlenkens oder Teilens beeinflussen oder unbeeinflusst durchlassen. Ebenso können die Einrichtungen derart ausgebildet sein, dass durch ihre Bewegung der Umlenkwinkel oder die Art der Aufteilung des Signals verändert wird.
Das Messsystem verfügt ferner bevorzugt über zumindest eine Nivelliereinrichtung, die eine vorbestimmte Ausrichtung des Messsystems gestattet, insbesondere parallel zur Horizontalen. Hierzu umfasst die Nivelliereinrichtung zumindest einen geeigneten Sensor, wie beispielsweise eine optische Libelle, einen Inclinome- ter, ein MEMS (Micro-Electro-Mechanical Sytem) , einen thermodyna- mischen Sensor, ein mechanisches Pendel oder dergleichen, mit dem eine Ist-Ausrichtung des Messsystems erfasst werden kann. Die Einstellung der Soll-Ausrichtung kann manuell oder automatisch mit Hilfe eines entsprechenden Aktuators in Form eines Motors o- der dergleichen erfolgen. Alternativ kann die Nivelliereinrichtung auch lediglich die Ist-Ausrichtung des Messsystems mit Hilfe eines geeigneten Sensors erfassen, ohne dass eine Ausrichtung des Messsystems zur Erzielung der Soll-Ausrichtung erfolgt. In diesem Fall erfolgt die Erstellung des Profilschnittes unter Berücksichtigung der erfassten Ist-Ausrichtung des Messsystems.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Ab- standsmesseinrichtung derart ausgebildet, dass sie voneinander unterscheidbare Messsignale emittieren kann. Hierzu kann die Ab- standsmesseinrichtung zum Beispiel mehrere Module aufweisen, die voneinander unterscheidbare Messsignale emittieren. So können als Module beispielsweise mehrere Laserentfernungsmesser vorgesehen sein, die Messsignale mit unterschiedlichen Wellenlängen aussenden. Anhand der verschiedenen Wellenlängen können die von den verschiedenen Laserentfernungsmessern ausgesendeten und am Objekt oder Raum reflektierten Signale, die von dem Messsystem empfangen werden, unterschieden werden, so dass zeitgleich eine Vielzahl von Messungen vorgenommen werden kann. Hierdurch kann die Messdauer entsprechend verkürzt werden. Natürlich kann alternativ auch ein einzelner Laserentfernungsmesser vorgesehen sein, der Messsignale in unterschiedlichen Wellenlängen aussendet.
Vorteilhaft umfasst das Messsystem eine Auswerteeinheit zum Auswerten der von dem Messsystem erfassten Messdaten. Bei der Auswerteeinheit kann es sich beispielsweise um einen handelsüblichen ortsfesten oder mobilen Rechner oder um einen solchen handeln, der speziell für das Messsystem entwickelt wurde. Die Auswerteeinheit umfasst ein Computerprogramm, welches das Speichern und Weiterverarbeiten der von dem Messsystem erfassten Messdaten gestattet. Eine Weiterverarbeitung der Messdaten erfolgt insbesondere dahingehend, dass anhand der Messdaten zwei- und/oder dreidimensionale Abbildungen des mit Hilfe des erfindungsgemäßen Messsystems vermessenen Objektes und/oder Raumes erzeugt werden. Natürlich kann es sich bei der Auswerteeinheit aber auch um eine solche handeln, die speziell für das Messsystem entwickelt wurde.
Ferner weist das Messsystem vorteilhaft zumindest eine Eingabeeinheit und/oder zumindest eine Ausgabeeinheit sowie zumindest eine Schnittstelle zur drahtgebundenen und/oder drahtlosen Datenübertragung auf. Bei der Eingabeeinheit kann es sich um eine Tastatur, eine Maus, ein Touchscreen oder dergleichen handeln. Als Ausgabeeinheit können beispielsweise ein Bildschirm und/oder Drucker verwendet werden. Schnittstellen zur datentechnischen Kommunikation zwischen den einzelnen elektronischen Komponenten des Messsystems können in Form von W-LAN-, Bluetooth-, Infrarot- Schnittstellen und/oder Anschlüssen für Datenkabel installiert werden. Dabei können die Eingabeeinheiten, Ausgabeeinheiten und Schnittstellen in Komponenten des Messsystems integriert oder separat vorgesehen sein.
Bevorzugt umfasst das Messgerät eine Fernbedienung zur datentechnischen Verbindung mit verschiedenen Komponenten des Messsystems, wie beispielsweise mit der Auswerteeinheit, der Schwenkeinrichtung zur Ausführung der Schwenkbewegung der Abstandsmesseinrich- tung um die erste Achse, der Höhenverstelleinrichtung, der Ab- standsmesseinrichtung oder dergleichen. Die Fernbedienung ist dahingehend vorteilhaft, dass sie die Steuerung des Messsystems aus der Distanz ermöglicht, wie beispielsweise die Auswahl bestimmter Parameter, wie den Schwenkwinkel und die Höhe, in dem bzw. auf der Abstandsmessungen durchgeführt werden sollen, die Einstellung von Referenzpunkten, das Ein- und Ausklappen von Umlenk- oder Teileinrichtungen, etc., das Ein- und Ausschalten des Messvorgangs und dergleichen.
Vorteilhaft weist das Messsystem eine Signalausgabeeinrichtung auf, die derart ausgebildet ist, dass sie dem Benutzer den Beginn und/oder das Ende einer von der Abstandsmesseinrichtung ausgeführten Messung anzeigt. Entsprechend muss sich der Benutzer nicht in unmittelbarer Nähe des Messsystems befinden, um über den Anfang und das Ende von Messungen informiert zu werden. Natürlich kann die Signalausgabeeinrichtung auch derart ausgebildet sein, dass sie den Benutzer über weitere Zustände des Messsystems unterrichtet, wie beispielsweise über den ordnungsgemäßen Empfang von Befehlen des Benutzers, den Ladezustand von Akkumulatoren, wenn solche verwendet werden, etc. Bei dem Signal kann es sich beispielsweise um ein optisches, akustisches, haptisches oder taktiles Signal handeln. Auch können verschiedene Signale ausgegeben werden, die für den Benutzer jeweils eine andere Bedeutung haben .
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erfassen von Profilschnitten eines Objektes und/oder Raumes, insbesondere unter Verwendung eines mobilen Messsystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Verfahren wird das Messsystem zunächst an einem ersten Standort angeordnet, von dem aus das Objekt und/oder der Raum mit Hilfe des Messsystems vermessen werden kann, und vorteilhaft ausgerichtet, insbesondere in Bezug auf die Horizontale. Diese Ausrichtung kann real oder virtuell erfolgen. Bei der realen Ausrichtung wird die Ist-Ausrichtung des Messsystems erfasst, woraufhin die Ist-Ausrichtung, wenn sie einer vorbestimmten Soll-Ausrichtung nicht entspricht, durch manuelles o- der automatisches Ausrichten des Messsystems an die entsprechende Soll-Ausrichtung angepasst wird. Bei einer virtuellen Ausrichtung wird lediglich die Ist-Ausrichtung des Messsystems erfasst, ohne dass eine tatsächliche Anpassung des Messsystems an eine vorbestimmte Soll-Ausrichtung erfolgt. Diese erfasste Ist-Ausrichtung findet dann bei der späteren Weiterverarbeitung der mit Hilfe des Messsystems ermittelten Messdaten Berücksichtigung. In einem sich anschließenden Schritt werden die Abstände zu mehreren, in einer gemeinsamen Ebene angeordneten Raumpunkten des Objektes und/oder Raumes unter Verwendung des Messsystems erfasst. Anhand der so erzielten Abstandsdaten wird in einem letzten Schritt ein Profilschnitt des Objektes und/oder Raumes erstellt. Dieser Profilschnitt kann dann über die Ausgabeeinrichtung (en) graphisch ausgegeben werden.
Bevorzugt wird/werden ferner der Abstand und/oder die Winkellage des Profilschnittes zu einer Referenzfläche des zu vermessenden Objektes und/oder Raumes erfasst, insbesondere zum Untergrund bzw. Boden. Über eine einzelne Abstandsmessung zur Referenzfläche lässt sich die Höhe verifizieren, auf der die Abstandsmessungen durchgeführt werden. Zudem lässt sich die Neigung der Referenzfläche unter der Voraussetzung erfassen, dass die Referenzfläche eben ist und sich parallel zur Horizontalen erstreckt. Bevorzugt werden jedoch zumindest drei Abstände zu voneinander verschiedenen Punkten der Referenzfläche gemessen, woraufhin die Erstreckung der Referenzfläche bzw. die Winkellage des Profilschnittes zur Referenzfläche mittels Triangulation erfasst wird. Mit anderen Worten lässt sich auf diese Weise beispielsweise die Neigung der Referenzfläche zur Horizontalen und/oder die Wölbung der Referenzfläche erfassen, wenn das Messsystem in Bezug auf die Horizontale ausgerichtet wurde. Es sollte klar sein, dass die Messung sowohl des Abstands als auch der Winkellage mit zunehmender Anzahl von Messungen genauer wird.
Zudem wird vorteilhaft eine Mehrzahl von verschiedenen Profilschnitten erstellt, die sich bevorzugt parallel zueinander erstrecken. Diese können dann beispielsweise mittels Interpolation miteinander zu einem dreidimensionalen Gesamtprofilschnitt des Objektes und/oder Raumes kombiniert werden. Je mehr Profilschnitte erstellt werden, desto genauer kann die Kontur des Objektes und/oder Raumes angenähert bzw. dargestellt werden.
Ferner kann in Abhängigkeit von dem zu vermessenden Objekt und/oder Raum zumindest ein Profilschnitt erstellt werden, der sich quer, insbesondere senkrecht zu den anderen Profilschnitten erstreckt. Mit Hilfe einer Kombination von sich horizontal und vertikal erstreckenden Profilschnitten lassen sich beispielsweise die Anfangs- und Endkoordinaten von Aussparungen oder Vorsprüngen, die an einer Wand eines Raumes vorhanden sind, in einfacher Art und Weise mit sehr hoher Genauigkeit erfassen.
Sind an einem Objekt und/oder Raum Abschattungen beispielsweise in Form von Aussparungen oder Vorsprüngen vorhanden, deren Lage sich von einem einzelnen Standort des Messsystems nicht erfassen lässt, so wird das Messsystem zumindest an einem weiteren Standort angeordnet, woraufhin zumindest ein weiterer Profilschnitt erstellt wird. Die Profilschnitte der verschiedenen Standorte können anschließend zur Erstellung eines Gesamtprofilschnittes miteinander verknüpft werden. Zur Verknüpfung von zwei Profilschnitten wird vorteilhaft ein Referenzpunkt verwendet, der zumindest zwei Profilschnitten gemein ist.
Schließlich schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erfassen der Erstreckung einer Fläche eines Objektes und/oder Raumes, insbesondere unter Verwendung eines mobilen Messsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 12. Bei diesem Verfahren wird das Messsystem zunächst an einem Standort angeordnet, von dem aus Abstandmessungen zur Fläche des Objektes und/oder Raumes mit Hilfe des Messsystems durchgeführt werden können. Handelt es sich bei der Fläche um eine Garageneinfahrt oder dergleichen, so wird das Messsystem vorteilhaft direkt auf die zu vermessende Fläche gestellt. Anschließend wird das Messsystem bevorzugt ausgerichtet, insbesondere in Bezug auf die Horizontale. Diese Ausrichtung kann real oder virtuell erfolgen. Bei der realen Ausrichtung wird die Ist-Ausrichtung des Messsystems erfasst, woraufhin die Ist- Ausrichtung, wenn sie einer vorbestimmten Soll-Ausrichtung nicht entspricht, durch manuelles oder automatisches Ausrichten des Messsystems an die entsprechende Soll-Ausrichtung angepasst wird. Bei einer virtuellen Ausrichtung wird lediglich die Ist- Ausrichtung des Messsystems erfasst, ohne dass eine tatsächliche Anpassung des Messsystems an eine vorbestimmte Soll-Ausrichtung erfolgt. Diese erfasste Ist-Ausrichtung findet dann bei der späteren Weiterverarbeitung der mit Hilfe des Messsystems ermittelten Messdaten Berücksichtigung. In einem weiteren Schritt werden dann die Abstände zu wenigstens drei verschiedenen Raumpunkten einer Fläche des Objektes und/oder Raumes gemessen. Unter der Annahme, dass sich diese Raumpunkte auf einer gemeinsamen Ebene befinden, wird schließlich anhand der Messdaten die Erstreckung bzw. Neigung der Ebene zur Horizontalen mittels Triangulation berechnet. Natürlich können die mit Hilfe des Messsystems erfassten Messdaten auch an eine von einer Ebene abweichende Flächenform angepasst werden. Handelt es sich bei der Fläche des Objektes und/oder Raumes beispielsweise um eine gewölbte Fläche und nicht um eine Ebene, so kann anhand der erfassten Messdaten die Erstreckung bzw. Wölbung ermittelt werden.
Es sollte klar sein, dass die Genauigkeit der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Messsystems bzw. Verfahren durchgeführten Messungen grundsätzlich mit der Anzahl der Abstandsmessungen und Profilschnitte zunimmt. Ferner sollte klar sein, dass bei unebenen Objekten bzw. Räumen, wie beispielsweise Fußböden, die mit Kies, Sand, Fliesen (Unebenheit durch Fugen) oder dergleichen bedeckt sind, Abstandsmessungen gemittelt werden können, sollte dies hilfreich sein. Auch können Messungen, die deutlich von Messungen an unmittelbar benachbarten Raumkoordinaten abweichen, bei der Auswertung durch die Auswerteeinheit unberücksichtigt bleiben. Andernfalls können beispielsweise tiefe Furchen in Fußböden, die auf schlecht verlegtes Laminat oder dergleichen zurückzuführen sind, zu gravierenden Fehlern bei der Mittlung von Messergebnissen führen.
Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben. Darin ist/sind:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines mobilen Messsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Seitenansicht, die eine erste Variante des Aufbaus einer Abstandsmesseinrichtung des in Fig. 1 dargestellten Messsystems zeigt;
Fig. 3 eine Draufsicht, die eine zweite Variante einer Abstandsmesseinrichtung des in Fig. 1 dargestellten Messsystems zeigt;
Fig. 4 eine Draufsicht, die eine dritte Variante einer Abstandsmesseinrichtung des in Fig. 1 dargestellten Messsystems zeigt;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht, die das in Figur 1 dargestellte mobile Messsystem in einem Zustand zeigt, in dem die Abstandsmesseinrichtung zusammen mit einer Schwenkeinrichtung um eine horizontale Achse verschwenkt ist; Fig. 6 eine perspektivische Ansicht, die das in Figur 1 dargestellte mobile Messsystem beim Vermessen eines Raumes zeigt;
Fig. 7 eine Ansicht, welche eine Abbildung des Profilschnittes zeigt, der beim Vermessen des Raumes gemäß Figur 5 erzeugt wird;
Fig. 8a und 8b schematische Ansichten, die das in Figur 1 dargestellte mobile Messsystem beim Vermessen eines Abschattungen aufweisenden Raumes zeigen;
Fig. 9 eine Ansicht, die das in Figur 1 dargestellte mobile Messsystem beim Vermessen einer schiefen Fläche zeigt; und
Fig. 10a und 10b schematische Ansichten, die alternative Verfahren zum Vermessen einer Dachschräge mit dem in Figur 1 dargestellten mobilen Messsystem zeigen.
Gleiche Bezugsziffern beziehen sich nachfolgend auf gleiche oder gleichartige Bauteile.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht und zeigt schematisch eine Ausführungsform eines mobilen Messsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, das allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Das mobile Messsystem 10 umfasst eine berührungsfrei arbeitende Abstandsmesseinrichtung 12, eine optische Einrichtung 13 zur Manipulation von Messsignalen, die von der Abstandsmesseinrichtung 12 ausgegeben werden, eine Schwenkeinrichtung 14, die zwischen der Abstandsmesseinrichtung 12 und der optischen Einrichtung 13 angeordnet ist und mit deren Hilfe die optische Einrichtung 13 um eine Hochachse 16 in Richtung des Pfeils 18 relativ zur Abstandsmesseinrichtung 12 geschwenkt werden kann, eine Nivelliereinrichtung 20, mit deren Hilfe die Abstandsmesseinrich- tung 12 insbesondere zur Horizontalen ausgerichtet werden kann, eine Höhenverstelleinrichtung 22, mit deren Hilfe der Aufbau bestehend aus der Nivelliereinrichtung 20, der Abstandsmesseinrich- tung 12, der optischen Einrichtung 13 und der Schwenkeinrichtung 14 in Richtung des Pfeils 24 auf- und abwärts bewegt werden kann, ein Stativ 26, in dem die Höhenverstelleinrichtung 22 aufgenommen ist und das drei längenverstellbare Standbeine 28, 30 und 32 aufweist, eine Auswerteeinheit 34 in Form eines herkömmlichen Laptops sowie eine Fernbedienung 36. Die Nivelliereinrichtung 20 ist lösbar an der Höhenverstelleinrichtung 22 gehalten, so dass die Nivelliereinrichtung 20 zusammen mit der Abstandsmesseinrichtung 12, der Schwenkeinrichtung 14 und der optischen Einrichtung 13, die an der Nivelliereinrichtung 20 gehalten sind, entfernt werden kann .
Die Abstandsmesseinrichtung 12 umfasst einen Laserentfernungsmesser 12a, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er Messsignale aufwärts in Richtung des Pfeils 37 durch die Schwenkeinrichtung 14 zur optischen Einrichtung 13 aussendet. In der optischen Einrichtung 13 werden die Messsignale mithilfe optischer Elemente so manipuliert, dass die Messsignale in Richtung der gestrichelt dargestellten Pfeile 38, 39, 40, 42 und 44 aus dem Messsystem 10 austreten, was nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 4 noch genauer erläutert wird.
Die Schwenkeinrichtung 14 kann einen herkömmlichen, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Motor oder Schrittmotor aufweisen, der derart mit der optischen Einrichtung 13 verbunden ist, dass er diese schrittweise oder kontinuierlich in Richtung des Pfeils 18 um die Hochachse 16 relativ zur Abstandsmesseinrichtung 12 drehen kann. Ferner umfasst die Schwenkeinrichtung 14 bevorzugt einen Drehwinkelmesser (nicht gezeigt) , mit dem die aktuelle Drehwinkelstellung der optischen Einrichtung 13 erfasst werden kann. Die Drehwinkelstellung der optischen Ein- richtung 13 und der in der entsprechenden Drehwinkelstellung von dem Messsystem 10 erfasste Entfernungswert werden einander zugeordnet und über eine drahtlose Schnittstelle 46 an die Auswerteinheit 34 übermittelt, was nachfolgend noch näher erläutert wird.
Die Nivelliereinrichtung 20 ist bevorzugt derart ausgebildet, dass sie die Abstandsmesseinrichtung 12 in Bezug auf die Horizontale automatisch ausrichtet. Die Nivelliereinrichtung 20 umfasst hierzu entsprechende Sensoren, wie beispielsweise Neigungssensoren in Form einer optischen Libelle, eines Inclinometers, eines mechanischen Pendels oder dergleichen, sowie Aktuatoren in Form von elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betriebenen Motoren. Alternativ kann die Ausrichtung der Abstandsmesseinrichtung 12 unter Verwendung der Nivelliereinrichtung 20 natürlich auch manuell erfolgen. In diesem Fall kann auf die Aktuatoren verzichtet werden .
Die Höhenverstelleinrichtung 20 kann manuell betätigbar ausgebildet sein, wobei jedoch bevorzugt ein Motor vorgesehen ist, mit dessen Hilfe die Höhenverstelleinrichtung 22 auf- und abwärts in Richtung des Pfeils 24 bewegbar ist.
Die Stromversorgung der Abstandsmesseinrichtung 12, der optischen Einrichtung 13, der Schwenkeinrichtung 14, der Nivelliereinrichtung 20 und der Höhenverstelleinrichtung 22 kann über entsprechende Akkus oder zentral über Schleifkontakte oder dergleichen erfolgen, wobei das mobile Messsystem 10 in letzterem Fall über ein Stromkabel 48 mit einer Stromquelle (nicht gezeigt) verbunden ist.
Die Auswerteinheit 34 umfasst eine Eingabeeinheit 50 in Form einer Tastatur sowie eine Ausgabeeinheit 52 in Form eines Displays. Die Auswerteinheit 34 umfasst zudem ein Computerprogramm, das die zur Verarbeitung der Entfernungs- und Winkelinformationen notwen- digen Operationen durchführt. Insbesondere werden anhand der von der Abstandsmesseinrichtung 12 und der Schwenkeinrichtung 14 gelieferten Messdaten und Winkelinformationen zwei- und/oder dreidimensionale Profilschnitte von zu vermessenen Objekten und/oder Räumen erzeugt, die über die Ausgabeeinheit 52 graphisch abgebildet und mithilfe eines Druckers (nicht gezeigt) ausgedruckt werden können. Zudem verfügt die Auswerteeinheit 34 über einen Speicher, in dem die Messdaten hinterlegt werden können. Natürlich kann die Auswerteinheit 34 noch weitere, die erfassten Messdaten weiterverarbeitende Funktionen übernehmen.
Die Fernbedienung 36 ermöglicht eine Kommunikation mit verschiedenen Komponenten des Messsystems 10, insbesondere mit der Abstandsmesseinrichtung 12, der optischen Einrichtung 13, der Schwenkeinrichtung 14, der Höhenverstelleinrichtung 22 und der Auswerteeinheit 34. So kann beispielsweise die Höhenposition eingegeben werden, auf welche die Abstandsmesseinrichtung 12 mithilfe der Höhenverstelleinrichtung 22 in Richtung des Pfeils 24 auf- oder abwärts verfahren werden soll. Ferner können der Schwenkwinkel oder die Schwenkrichtung eingestellt werden, um welche die optische Einrichtung 13 mithilfe der Schwenkeinrichtung 14 um die Hochachse 16 in Richtung des Pfeils 18 relativ zur Abstandsmesseinrichtung 12 verschwenkt werden soll. Zudem kann beispielsweise die Anzahl der Messungen eingestellt werden, die von der Abstandsmesseinrichtung 12 während der Schwenkbewegung der optischen Einrichtung 13 um die Hochachse 16 durchgeführt werden soll. Zudem können Messungen mithilfe der Fernbedienung 36 gestartet und angehalten werden. Weitere Befehle, die mithilfe der Fernbedienung 36 an die Abstandsmesseinrichtung 12, die optische Einrichtung 13, die Schwenkeinrichtung 14 und die Höhenverstelleinrichtung 22 ausgegeben werden können, werden nachfolgend noch näher erläutert.
Es sollte klar sein, dass die Kommunikation zwischen der Abstandsmesseinrichtung 12, der optischen Einrichtung 13, der Schwenkeinrichtung 14, der Höhenverstelleinrichtung 22, der Auswerteinheit 34 und der Fernbedienung 36 grundsätzlich sowohl drahtgebunden als auch drahtlos erfolgen kann. Hierzu können drahtlose Schnittstellen vorgesehen sein, wie beispielsweise Bluetooth-, Infrarot- und/oder W-LAN-Schnittstellen, oder dergleichen, oder entsprechende Daten- und Stromleitungen, Schleifringe, etc.
Figur 2 ist eine schematische Seitenansicht einer ersten Variante des Aufbaus der in Fig. 1 dargestellten optischen Einrichtung 13 des Messsystems 10. Die optische Einrichtung 13 umfasst eine Basis 54 in Form einer Grundplatte, die mithilfe der Schwenkeinrichtung 14 um die Hochachse 16 in Richtung des Pfeils 18 relativ zur Abstandsmesseinrichtung 12 gedreht werden kann und die dazu dient, die Komponenten der optischen Einrichtung 13 aufzunehmen, und zwar eine erste Umlenkeinrichtung 56, die das von dem Laserentfernungsmesser 12a in Richtung des Pfeils 37 emittierte Messsignal in Richtung des Pfeils 57 ablenkt, sowie zwei weitere Umlenkeinrichtungen 58 und 60, die dazu dienen, das von der ersten Umlenkeinrichtung 56 kommende Messsignal erneut in weitere Richtungen umzulenken. Bei den Umlenkeinrichtungen 56, 58 und 60 kann es sich beispielsweise um Spiegel, Prismen oder dergleichen handeln. Die Umlenkeinrichtungen 58 und 60 sind vorliegend schwenkbar ausgeführt, so dass sie in Richtung der Pfeile 62 und 64 bewegbar sind. Befinden sich beide Umlenkeinrichtungen 58 und 60 in ihrer ersten Stellung, in der sie sich im Wesentlichen parallel zur Basis 54 erstrecken und an dieser anliegen, so wird das von der ersten Umlenkeinrichtung 56 kommende Messsignal nicht umgelenkt und tritt in Richtung des gestrichelt dargestellten Pfeils 40 aus dem Messsystem 10 aus. Wird nun die Umlenkeinrichtung 58 in Richtung des Pfeils 62 in seine zweite Stellung überführt, so wird das von der ersten Umlenkeinrichtung 56 kommende Messsignal entsprechend umgelenkt und tritt in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Umlenkeinrichtung 58 in Richtung des gestrichelt dargestellten Pfeils 38 oder 39 aus dem Messsystem 10 aus. Befin- det sich die Umlenkeinrichtung 58 in ihrer ersten Stellung und wird die Umlenkeinrichtung 60 in Richtung des Pfeils 64 in ihre zweite Stellung überführt, so wird das von der ersten Umlenkeinrichtung 56 kommende Messsignal entsprechend abwärts umgelenkt und tritt je nach Winkelstellung der Umlenkeinrichtung 60 in Richtung des gestrichelt dargestellten Pfeils 42 oder 44 aus dem Messsystem 10 aus. Während einer Drehbewegung der Basis 54 um die Hochachse 16 in Richtung des Pfeils 18 kann das Messsystem 10 entsprechend wahlweise Messungen in jeder der durch die Pfeile
38, 39, 40, 42 und 44 gekennzeichneten Richtungen vornehmen. Die optische Einrichtung 13 ist, wie es in Figur 1 dargestellt ist, von einem in Figur 2 nicht dargestellten Gehäuse umgeben, das zum Schutz der einzelnen Komponenten der optischen Einrichtung 13 dient. Dieses Gehäuse verfügt über entsprechende Austrittsöffnungen, um den Austritt von Messsignal in Richtung der Pfeile 38,
39, 40, 42 und 44 zu gestatten.
Figur 3 ist eine schematische Ansicht, die eine weitere Variante des Aufbaus der optischen Einrichtung 13 zeigt. Bei dieser Variante umfasst die optische Einrichtung 13 eine Basis 54, die mit- hilfe der Schwenkeinrichtung 14 um die Hochachse 16 in Richtung des Pfeils 18 relativ zur Abstandsmesseinrichtung 12 gedreht werden kann, eine erste Teileinrichtung 66, die das von dem Laserentfernungsmesser 12a in Richtung des Pfeils 37 ausgesendete Messsignal in die Teilsignale 68a und 68b aufteilt, eine zweite Teileinrichtung 69, die das Teilsignal 68a in Teilsignale 70a und 70b aufteilt, eine erste Umlenkeinrichtung 71, die zwischen verschiedenen Stellungen bewegbar ausgeführt ist und das Teilsignal 70a wahlweise in Richtung des Pfeils 42 oder 44 umlenkt, eine zweite Umlenkeinrichtung 72, die zwischen verschiedenen Stellungen bewegbar ausgeführt ist und das Teilsignal 68b wahlweise in Richtung des Pfeils 38 oder 39 umlenkt, sowie schwenkbar angeordnete Shutter 73, 74 und 75, welche in Richtung der Pfeile 76, 77 und 78 bewegbar angeordnet sind und die entsprechenden Teilsignale 68b und 70a wahlweise durchlassen oder sperren. Das von dem Laserentfernungsmesser 12a emittierte Messsignal wird demnach von der ersten Teileinrichtung 66 in die beiden Teilsignale 68a und 68 b aufgeteilt. Das Teilsignal 68a wird durch die zweite Teileinrichtung 69 wiederum in die Teilsignale 70a und 70b aufgeteilt. Das Teilsignal 70a gelangt zu der Umlenkeinrichtung
71, mit deren Hilfe es in Abhängigkeit von ihrer Winkelstellung wahlweise in Richtung des Pfeils 42 bzw. 44 umgelenkt wird und aus dem Messsystem austritt. Das Teilsignal 70b verlässt das Messsystem hingegen ohne weiter Ablenkung direkt in Richtung des Pfeils 40. Das Teilsignal 68b gelangt zu der Umlenkeinrichtung
72, mit deren Hilfe es in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Umlenkeinrichtung 72 wahlweise in Richtung des Pfeils 38 oder 39 umgelenkt wird und aus dem Messsystem 10 austritt. Soll das von dem Laserabstandsmesser 12a emittierte Messsignal in Richtung des Pfeils 38 oder 39 austreten, so werden die Shutter 74 und 75 derart in Richtung der Pfeile 76 und 77 geschwenkt, dass sie den Durchtritt der entsprechenden Teilsignale 70a und 70b sperren. Ähnlich werden die Shutter 73 und 74 in Richtung der Pfeile 77 und 78 in Sperrrichtung geschwenkt, wenn das von dem Laserabstandsmesser 12a emittierte Messsignal in Richtung des Pfeils 40 austreten soll. Der Shutter 75 bleibt in diesem Fall hingegen offen. Soll das von dem Laserabstandsmesser 12a emittierte Messsignal schließlich in Richtung des Pfeils 42 oder 44 austreten, so bleibt der Shutter 74 offen, während die Shutter 73 und 75 in ihre Sperrstellung verschwenkt werden. Während einer Drehbewegung der Basis 54 um die Hochachse 16 in Richtung des Pfeils 18 kann das Messsystem 10 entsprechend wahlweise Messungen in jeder der durch die Pfeile 38, 39, 40, 42 und 44 gekennzeichneten Richtungen vornehmen.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der Laserentfernungsmesser 12a alternativ auch derart ausgebildet sein kann, dass er Messsignale mit drei unterschiedlichen Wellenlängen aussendet. Dies kann beispielsweise über verschiedene Laserentfer- nungsmessermodule realisiert werden. In diesem Fall werden die Shutter 73, 74 und 75 jeweils durch frequenz- bzw. wellenlängenselektive Elemente ersetzt, die jeweils nur eine der drei Wellenlängen durchlassen. Entsprechend weisen die Messsignale, die das Messsystem 10 in den Richtungen der Pfeile 38 bzw. 39, 40 und 42 bzw. 44 verlassen, eine vorbestimmte Wellenlänge auf. Somit kann das Messsystem 10 auch die Antwortsignale, die es empfängt, den jeweiligen Richtungen zuordnen, weshalb mehrere Messungen gleichzeitig vorgenommen werden können. Auf diese Weise kann die Gesamtmessdauer verkürzt werden.
Figur 4 ist eine schematische Ansicht, die eine dritte Variante des Aufbaus der optischen Einrichtung 13 zeigt. Bei dieser Variante umfasst die optische Einrichtung 13 eine Basis 54 in Form einer Grundplatte mit zwei voneinander getrennten, kreisförmigen und konzentrisch angeordneten Abschnitten 54a und 54b. Der innen liegende Abschnitt 54a ist derart ausgebildet und angeordnet, dass er mithilfe der Schwenkeinrichtung 14 um die Hochachse 16 in Richtung des Pfeils 18 relativ zur Abstandsmesseinrichtung 12 drehbar ist. Der außen liegende Abschnitt 54b ist hingegen derart ausgebildet und angeordnet, dass er während der Drehbewegung des Abschnittes 54a ortsfest in Bezug auf die Abstandsmesseinrichtung 12 verweilt. An dem inneren Abschnitt 54a der Basis 54 ist eine erste Umlenkeinrichtung 56 angeordnet, die das von dem Laserentfernungsmesser 12a emittierte Messsignal in Richtung des Pfeils 40 umlenkt. Entlang des Außenumfangs des äußeren Abschnittes 54b der Basis 54 sind gleichmäßig voneinander beabstandet Umlenkeinrichtungen 79a, 79b, 79c, 79d, 79e und 79f angeordnet. Diese Umlenkeinrichtungen 79a, 79b, 79c, 79d, 79e und 79f sind derart bewegbar ausgeführt, dass die Umlenkeinrichtungen 19a, 79c und 79e das von der ersten Umlenkeinrichtung 56 kommende Messsignal wahlweise in Richtung des Pfeils 38 oder 39 umlenken, und dass die Umlenkeinrichtungen 79b, 79d und 79f das von der ersten Umlenkeinrichtung 56 kommende Messsignal wahlweise in Richtung des Pfeils 42 oder 44 umlenken. Während einer Drehbewegung des Ab- Schnittes 54a der Basis 54 um die Hochachse 16 in Richtung des Pfeils 18 kann das Messsystem 10 entsprechend wahlweise Messungen in jeder der durch die Pfeile 38, 39, 40, 42 und 44 gekennzeichneten Richtungen vornehmen.
Figur 5 ist eine perspektivische Ansicht und zeigt das in Figur 1 dargestellte mobile Messsystem 10, wobei die Schwenkeinrichtung 14 und die optische Einrichtung 13 um eine Schwenkachse 96 um 90° verschwenkt wurden. Die auf diese Weise erzielte Schwenkstellung wird mithilfe eines Halteelementes 98 stabilisiert. Auf diese Weise werden auch die Austrittsrichtungen 38, 39, 40, 42 und 44 entsprechend um 90 ° gedreht.
Figur 6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, bei der das in den Figuren 1 bis 5 dargestellte mobile Messsystem 10 zur Vermessung eines Raumes 100 verwendet wird, der mehrere Wandabschnitte aufweist, wobei in Figur 6 nur die Wandabschnitte 102, 104, 106 und 108 dargestellt sind. Zur Vermessung des Raumes 100 wird das mobile Messsystem 10 zunächst an einem Standort inmitten des Raumes 100 aufgestellt, woraufhin die Abstandsmesseinrichtung 12 des mobilen Messsystems 10 mithilfe der Nivelliereinrichtung 20 in Bezug auf die Horizontale ausgerichtet wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich das in Richtung des Pfeils 40 aus der optischen Einrichtung 13 des Messsystems 10 austretende Messsignal parallel zur Horizontalen erstreckt, anschließend wird ein Startpunkt 110 festgelegt, der sich in Figur 6 an dem Wandabschnitt 102 auf der Höhe hi befindet, indem die optische Einrichtung 13 mithilfe der Höhenverstelleinrichtung 22 auf die Höhe hi verfahren und die optische Einrichtung 13 mithilfe der Schwenkeinrichtung 14 anschließend derart um die Hochachse 16 gedreht wird, dass das in Richtung des Pfeils 40 austretende Messsignal auf den Startpunkt 110 trifft. Anschließend wird der Messwinkel α festgelegt, um den die optische Einrichtung 13 mithilfe der Schwenkeinrichtung 14 während der Durchführung der Messung verschwenkt werden soll. Alternativ kann auch ein Endpunkt 112 fest- gelegt werden, der sich ebenfalls auf der Höhe hi befindet. Nunmehr wird die Messung gestartet, woraufhin die optische Einrichtung 13 derart um den Messwinkel α gedreht wird, dass eine Messlinie 114 zwischen dem Startpunkt 110 und dem Endpunkt 112 auf der Höhe hi von dem in Richtung des Pfeils 40 aus der optischen Einrichtung 13 austretendem Messsignal abgefahren wird. Während dieser Schwenkbewegung misst das Messsystem 10 eine beliebige Anzahl von Abständen zu Punkten, die sich auf der Messlinie 114 befinden. Die einzelnen Abstandsmessungen werden dem jeweiligen Schwenkwinkel der optischen Einrichtung 13, bei dem die entsprechende Abstandsmessung gemacht wurde, zugeordnet und an die Auswerteeinheit 34 gesendet. Diese erzeugt anhand der empfangenen Messdaten einen Profilschnitt 116, der in Form einer zweidimensionalen Abbildung 118 ausgedruckt oder über die Ausgabeeinheit 52 der Auswerteeinheit 34 angezeigt werden kann, wie es in Figur 7 dargestellt ist.
Ist die Abbildung 118 eines einzelnen Profilschnittes 116 nicht hinreichend genau, so kann die optische Einrichtung 13 des mobilen Messsystems 10 mithilfe der Höhenverstelleinrichtung 22 beispielsweise auf einen weiteren Startpunkt 120 verfahren werden, woraufhin ein weiterer Profilschnitt entlang der Messlinie 122 zwischen dem Startpunkt 120 und einem weiteren Endpunkt 124 erzeugt werden kann. Der so erzeugte Profilschnitt kann dann beispielsweise mittels Interpolation mit dem ersten Profilschnitt 116 zu einem dreidimensionalen Profilschnitt kombiniert werden. In entsprechender Weise können beliebig viele Profilschnitte erstellt und miteinander kombiniert werden, um eine möglichst genaue Abbildung des Raumes 100 zu erzeugen.
Soll zusätzlich die Neigung des Bodens 126 in Bezug auf die Horizontale ermittelt werden, so wird das Messsignal während der Schwenkbewegung der optischen Einrichtung 13 um den Messwinkel α mehrfach derart abgelenkt, dass es in Richtung des Pfeils 42 (siehe auch Figur 1) aus der optischen Einrichtung 13 austritt. Auf diese Weise werden Entfernungen zum Boden 126 entlang des Kreisbogens 128 ermittelt. Zumindest drei Abstandsmessungen zum Boden 126 sind erforderlich, um die Neigung des Bodens 126 in Bezug auf die Horizontale mithilfe eines Triangulationsverfahrens ermitteln zu können. Es sollte allerdings klar sein, dass die Genauigkeit der Neigungsmessung mit zunehmender Anzahl von Abstandsmessungen zum Boden 126 zunimmt.
In ähnlicher Art und Weise kann die Neigung der Decke des Raumes 100 zur Horizontalen ermittelt werden, indem das Messsignal in Richtung des Pfeils 38 oder 39 abgelenkt wird, siehe hierzu Figuren 1 bis 4.
Soll ein Profilschnitt des Raumes 100 in vertikaler Richtung erstellt werden, so muss das mobile Messsystem 10 lediglich in den in Figur 5 dargestellten Zustand überführt werden. Ausgehend von diesem Zustand kann die optische Einrichtung 13 mithilfe der Schwenkeinrichtung 14 um die sich nunmehr horizontal erstreckende Achse 16 in Richtung des Pfeils 18 verschwenkt werden, so dass ein vertikaler Profilschnitt generiert wird. Daraufhin kann die Höhenverstelleinrichtung 22 mithilfe eines nicht dargestellten Motors in Richtung des Pfeils 131 um eine vorbestimmten Schwenkwinkel gedreht werden, woraufhin ein weiterer vertikaler Profilschnitt erstellt werden kann.
Soll ein horizontaler Profilschnitt beispielsweise auf der Höhe der Fußleiste des Raumes 100 erzeugt werden, so kann die Nivelliereinrichtung 20 auch von der Höhenverstelleinrichtung 22 getrennt und zusammen mit der optischen Einrichtung 13, der Schwenkeinrichtung 14 und der Abstandsmesseinrichtung 12 direkt auf dem Boden des Raumes 100 positioniert werden (nicht dargestellt) . Auch kann die Nivelliereinrichtung 20 zusammen mit der optischen Einrichtung 13, der Schwenkeinrichtung 14 und der Abstandsmesseinrichtung 12 auf einem kleineren oder größeren Stativ positioniert werden (ebenfalls nicht gezeigt) . Die Figuren 8a und 8b sind schematische Draufsichten eines mit- hilfe des Messsystems 10 zu vermessenden Raumes 130, der einen Vorsprung 132 (auch als Abschattung bezeichnet) aufweist, der von einem Standort innerhalb des Raumes 130 allein nicht vollständig zu vermessen ist. In einem solchen Fall wird das mobile Messsystem 10 zunächst an einem ersten Standort innerhalb des Raumes 130 aufgestellt, wie es in Figur 8a gezeigt ist. Von diesem Standort aus werden beliebig viele Profilschnitte in verschiedenen Höhen erfasst, wobei jedoch ausgehend von dem in Fig. 8a dargestellten Standort des Messsystems 10 keine genauen Messdaten über den gestrichelt dargestellten Raumabschnitt 134 erzielt werden können, da dieser Abschnitt 134 durch den Vorsprung 132 verdeckt wird. Anschließend wird für das mobile Messsystem 10 ein zweiter Standort innerhalb des Raumes 130 gewählt, von dem aus der Raumabschnitt 134 vermessen werden kann. Diese zweite Position ist in Figur 8b dargestellt. Sie kann von dem Benutzer selbst bestimmt oder durch die Auswerteeinheit 34 vorgeschlagen werden. Von diesem zweiten Standort aus werden wiederum Profilschnitte des Raumes 130 auf den entsprechenden Höhen erzeugt, wobei diesmal keine Messdaten über den in Fig. 8b gestrichelt dargestellten Raumabschnitt 136 erzielt werden können, da dieser Raumabschnitt 136 durch den Vorsprung 132 verdeckt wird. Ein zwei- oder dreidimensionaler Gesamtprofilschnitt kann dann erzielt werden, indem die Profilschnitte, die ausgehend von dem ersten Standort (Figur 8a) erzielt wurden, und diejenigen, die ausgehend von dem zweiten Standort erzielt wurden (siehe Figur 8b) , miteinander kombiniert werden. Diese Kombination kann beispielsweise mithilfe eines Referenzpunktes 138 erfolgen, der von beiden Standorten aus erfasst werden kann und dessen Raumkoordinaten bekannt sind.
Figur 9 ist eine perspektivische Ansicht, die das mobile Messsystem 10 während eines Verfahrens zeigt, bei dem die Neigung einer schiefen Fläche 140 in Bezug auf die Horizontale erfasst wird. Hierzu wird das mobile Messsystem 10 zunächst auf der schiefen Fläche 140 positioniert. Hierbei wird bereits darauf geachtet, dass die Abstandsmesseinrichtung 12 im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist, was durch die Justierung der Länge der Standbeine 28, 30 und 32 des Stativs 26 realisierbar ist. Die genaue Ausrichtung der Abstandsmesseinrichtung 12 parallel zur Horizontalen erfolgt dann wiederum mithilfe der Nivelliereinrichtung 20. Anschließend werden - wie bei der Erfassung der Neigung des Bodens 126 des Raumes 100 (siehe Figur 6) - zumindest drei Abstandsmessungen zur schiefen Ebene 140 entlang eines Kreisbogens 128 durchgeführt, während die optische Einrichtung 13 um einen Messwinkel α verschwenkt wird. Anhand der erzielten Abstandsmessungen kann dann die Neigung der schiefen Ebene 140 in Bezug auf die Horizontale bestimmt werden, beispielsweise mit einem Triangulationsverfahren .
Die Figuren 10a und 10b zeigen schließlich zwei Varianten zur Bestimmung der Neigung von Dachschrägen 150 und 152 in Bezug auf die Horizontale.
Gemäß der in Figur 10a dargestellten Variante wird das mobile Messsystem 10 direkt unterhalb des Giebels positioniert, so dass von dem in Richtung des Pfeils 39 abgelenkten Messsignal beide Dachschrägen 150 und 152 erfasst werden können. Anschließend wird die Abstandsmesseinrichtung 12 mithilfe der Nivelliereinrichtung 20 parallel zur Horizontalen ausgerichtet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass es alternativ auch möglich ist, dass die Abstandsmesseinrichtung 12 die Neigung der Abstandsmesseinrichtung 12 in Bezug auf die Horizontale lediglich erfasst, ohne dass eine tatsächliche Ausrichtung des Messsystems 10 stattfindet. Die von den Sensoren ermittelten Neigungsinformationen können dann später bei der Berechnung des Profilschnittes Berücksichtigung finden. Es ist demnach nicht unbedingt notwendig, dass tatsächlich eine Ausrichtung der Abstandsmesseinrichtung 12 erfolgt. Anschließend werden zur Erfassung des Dachprofils die Abstände zu mindestens sechs Messpunkten bestimmt. Hierbei liegen jeweils mindestens drei Messpunkte auf einer gemeinsamen Fläche auf der Dachschrägen 150 und auf der Dachschrägen 152. Je mehr Messpunkte hierbei bestimmt werden, desto genauer kann das Giebelprofil anschließend mittels Triangulation oder dergleichen erfasst werden.
Zusätzlich können vor, nach oder zeitgleich mit der Vermessung des Giebelprofils ein oder mehrere horizontale und/oder vertikale Profilschnitte generiert werden, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben wurde.
Alternativ können die Neigungen der Dachschrägen 150 und 152 auch nacheinander erfasst werden, indem das mobile Messsystem 10 zunächst unterhalb der Dachschräge 150 und anschließend unterhalb der Dachschräge 152 positioniert wird, wie es in Figur 10b dargestellt ist.
Es sollte klar sein, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur als Beispiel dienen und in keinerlei Hinsicht einschränkend sind. Vielmehr sind Modifikationen und Änderungen möglich, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
Insbesondere muss es sich bei der Abstandsmesseinrichtung nicht um einen Laserentfernungsmesser handeln. Vielmehr können alternativ auch andere berührungsfrei arbeitende Entfernungsmesser verwendet werden.
Zudem können auch mehrere Abstandsmesseinrichtungen vorgesehen sein, wie beispielsweise mehrere Laserentfernungsmesser, die Messsignale mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren. Die unterschiedlichen Wellenlängen dienen dabei zur Unterscheidung von Messsignalen, die nach ihrer Aussendung an einem Objekt oder einer Wand reflektiert und dann wieder von dem Messsystem empfangen wurden. Durch die Verwendung einer Mehrzahl von Abstandsmess- einrichtungen kann die Messdauer entsprechend verkürzt werden, da mehrere Messungen zeitgleich durchführbar sind.

Claims

R. 323632Patentansprüche
1. Mobiles Messsystem (10) zum Erfassen von Profilschnitten eines Objektes und/oder Raumes (100), umfassend zumindest eine drehfest angeordnete und berührungsfrei arbeitende Abstands- messeinrichtung (12), eine erste Umlenkeinrichtung (56) oder Teileinrichtung (66), die ein von der Abstandsmesseinrichtung
(12) emittiertes Messsignal umlenkt oder in verschiedene Richtungen aufteilt, eine Schwenkeinrichtung (14) zum Verschwenken der Umlenkeinrichtung (56) oder Teileinrichtung (66) um eine erste Achse (16) und eine Höhenverstelleinrich- tung (22) zum Verstellen der Höhe der Umlenkeinrichtung (56) oder Teileinrichtung (66) .
2. Messsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmesseinrichtung (12) zusammen mit der Schwenkeinrichtung (14) und der Umlenkeinrichtung (56) oder Teileinrichtung (66) um eine zweite Achse (96) verschwenkbar ist, die sich quer zur ersten Achse (16) erstreckt.
3. Messsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zumindest einen Motor zum Ausführen der Schwenk- und/oder Höhenverstellbewegung aufweist.
4. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmesseinrichtung (12) einen Laserentfernungsmesser (12a) , Radarentfernungsmesser, Mikrowellenentfernungsmesser und/oder Ultra-Breitband- Entfernungsmesser aufweist.
5. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zumindest eine Nivelliereinrichtung (20) aufweist.
6. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Umlenkeinrichtungen (58, 60; 71, 72) und/oder Teileinrichtungen (69) derart vorgesehen sind, dass sie der Schwenkbewegung der ersten Umlenkeinrichtung (56) oder Teileinrichtung (66) um die erste Achse (15) synchron folgen.
7. Messsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Umlenkeinrichtungen (79a-79f) und/oder Teileinrichtungen derart vorgesehen sind, dass sie in Bezug auf die Schwenkbewegung der ersten Umlenkeinrichtung (56) oder Teileinrichtung (66) um die erste Achse (16) ortsfest angeordnet sind.
8. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Umlenkeinrichtungen (58, 64; 71, 72; 79a-79f) und/oder Teileinrichtungen bewegbar ausgeführt ist/sind.
9. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmesseinrichtung (12) derart ausgebildet ist, dass sie voneinander unterscheidbare Messsignale emittieren kann.
10. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Auswerteeinheit (34) zum Auswerten der von der Abstandsmesseinrichtung (12) er- fassten Messdaten aufweist.
11. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Eingabeeinheit (50) und/oder eine Ausgabeeinheit (52) aufweist.
12. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zumindest eine Schnittstelle zur drahtgebundenen und/oder drahtlosen Datenübertragung aufweist .
13. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Fernbedienung (36) zur datentechnischen Verbindung mit dem Messsystem (10) aufweist.
14. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Signalausgabeeinrichtung aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie dem Benutzer den Beginn und/oder das Ende einer von der Abstands- messeinrichtung (12) ausgeführten Messung anzeigt.
15. Verfahren zum Erfassen von Konturen eines Objektes und/oder Raumes (100), insbesondere unter Verwendung eines mobilen Messsystems (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Anordnen des Messsystems (10) an einem ersten Standort; Messen des Abstands zu mehreren, in einer gemeinsamen E- bene angeordneten Raumpunkten des Objektes und/oder Raumes (100) ;
Erstellen eines Profilschnittes anhand der Abstandsmessungen .
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (10) vor dem Messen des Abstands zu mehreren, in einer gemeinsamen Ebene angeordneten Raumpunkten des Objektes und/oder Raumes (100) ausgerichtet wird, insbesondere in Bezug auf die Horizontale.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand und/oder die Winkellage des Profilschnittes zu einer Referenzfläche des zu vermessenden Objektes und/oder Raumes (100) erfasst wird/werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Winkellage des Profilschnittes zu einer Referenzfläche des zu vermessenden Objektes und/oder Raumes (100) drei voneinander verschiedene Abstände zu der Referenzfläche gemessen werden, woraufhin die Erstreckung der Referenzfläche mittels Triangulation erfasst wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von verschiedenen Profilschnitten erstellt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilschnitte im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Profilschnitt erstellt wird, der sich quer, insbesondere senkrecht zu anderen Profilschnitten erstreckt .
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (10) zumindest an einem weiteren Standort angeordnet wird, woraufhin zumindest ein weiterer Profilschnitt erstellt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Profilschnitte miteinander verknüpft werden.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfung von verschiedenen Profilschnitten unter Verwendung zumindest eines Referenzpunktes erfolgt, der zumindest zwei Profilschnitten gemein ist.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zwei- oder dreidimensionale graphische Abbildung wenigstens eines Profilschnittes erzeugt wird.
26. Verfahren zum Erfassen der Erstreckung einer Fläche eines Objektes und/oder Raumes, insbesondere unter Verwendung eines mobilen Messsystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Anordnen des Messsystems (10) an einem Standort; Ausrichten des Messsystems (10), insbesondere in Bezug auf die Horizontale;
Messen des Abstands zu wenigstens drei verschiedenen Raumpunkten der Fläche (126) des Objektes und/oder Raumes (100) ;
Berechnen der Erstreckung der Fläche mittels Triangulation der gemessenen Abstände.
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