WO1996017222A1

WO1996017222A1 - Verfahren und einrichtung zur lichtoptischen vermessung von montageflächen

Info

Publication number: WO1996017222A1
Application number: PCT/EP1995/004378
Authority: WO
Inventors: Bernard Favre-Bulle
Original assignee: Hilti Aktiengesellschaft
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1995-11-07
Publication date: 1996-06-06

Abstract

Bei dem Verfahren und der Einrichtung zur lichtoptischen Vermessung von Montageflächen (15) mit Visualisierung von festlegbaren Fixpunkten für Montagehilfsmittel in definierter Teilung an der Montagefläche wird ein gebündelter, von einer feststehenden Lichtquelle (2), vorzugsweise Laserstrahl, ausgehender Lichtstrahl periodisch zu einer bekannten Referenzlinie abgelenkt und als Lichtspur auf die Montagefläche (15) projiziert. Sodann wird unter Berücksichtigung der Projektionsgeometrie mittels triangulativer Entfernungsmessung und mit Bezug auf die Lichtstrahlablenkperiode der Lichtstrahl zu berechneten Zeitpunkten innerhalb seiner Ablenkperiode zur Visualisierung der Fixpunkte durch Modulation einer Strahleigenschaft kurzzeitig verändert. Aufgrund der Erfindung lassen sich Vermessungen und Fixpunktmarkierungen auch an im allgemeinen gekrümmten Projektionsflächen rasch durchführen, so daß beispielsweise Trassenverlegungen für Kabelrohre und dergleichen wesentlich rascher durchgeführt werden können.

Description

Verfahren und Einrichtung zur lichtoptischen Vermessung

von Montageflächen

Die Erfindung betriff: ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur lichtoptischen Vermessung von Montageflächen in Räumen, insbesondere von Decken in Innenräumen, mit b evorzugter Anwendung bei der Festlegung von linearenTrassenverläufen für Kabel. Rohre und dergleichen, wobei wählbare Fixpunkte für Montagehilfsmittel. beispielsweise für T-förmige Trassenträger. In definierter Teilung entlang einer vorgesehenen Trasse an der Montagefläche visualisiert werden. Es wird insoweit auch auf die Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 7 verwiesen.

Zum Abhängen und Befestigen von Kabel-Rohrtrassen oder dergleichen mittels entlang einer vorzugsweise linearen Strecke anzubringender Montagehilfsmitteln an Wänden bzw. Decken, etwa im Rahmen eines Innenraumausbaus oder zur Wandmontage, ist es notwendig, die Orte von Befestigungspunkten entlang der Trasse in einer vorgebbaren und gewünschten Teilung mit hinreichender Genauigkeit zu definieren und an der Wand oder Decke zu vlsualisleren. Als Randbedingungen treten dabei in der Praxis geometrische Zusammenhänge zwischen Bauwerkelementen. z. B. einer Kante Decke - Wand. Seiten- oder Oberkanten von Türen oder Fenstern etc. und von zweckspezifischen vorgegebenen Elementen, wie Rohrdurchbrüchen. Kabeischachtöffnungen etc. auf. Vorzugsweise kann die Verlegung einer Trasse parallel oder in einem bestimmten Wlnkei zu einer Dekkenkante gefordert werden. Bekannt sind zu diesem Zweck Projektionsverfahren, bei denen ein auf einem Diapositiv festgehaltenes Linienraster an die Decke projiziert wird. Die gewünschten Befestigungspunkte werden anhand von Linienschnittpunkten ausgewählt. Dieses Verfahren hat jedoch unter anderem die Nachteile, daß die Projektionsperspektive vom Projektionsort abhängig ist und die Lichtstärke des projizierten Bilds in vielen Fällen zu gering ist. Außerdem läßt sich häufig das starr vorgegebene Gitter nicht an die Raumgeometrie anpassen. Weiterhin ist die Genauigkeit des Verfahrens durch die möglichen Abweichungen der Wand/Deckengeometrie von der ideaien Projektionsebene stark begrenzt. Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur lichtoptischen Vermessung von Montageflächen, insbesondere in Verbindung mit einem optischen System zur Visualisierung bzw. Anzeige von linearen Trassenveriäufen an Decken und Wänden mit Darstellung von Fix- oder Befestigungspunkten in definiertem Abstandsverhältnis zu schaffen, welche eine fle- xible Anpassung an unterschiedliche räumliche Geseoenheiten sowie eine selbständige Korrektur unter Berücksichtigung der Unebenheiten der betreffenden Montagefläche ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur lichtoptischen Vermessung von Montage- flächen mit Visualisierung von lestlegbaren Fixpunkten in definierter Teilung an der Montagefläche ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- ein gebündelter, von einer feststehenden Lichtquelle ausgehender Lichtstrahl wird periodisch zu einer bekannten Referenzlinie abgelenkt und als Lichtspur auf die Montagefläche projizlert.

- unter Berücksichtigung der Proj ektlonsgeometrle und mit Bezug auf die Lichtstrahl-Ablenkperiode wird der Lichtstrahl zur Visualisierung der Fixpunkte innerhalb seiner Ablenkperiode zu berechneten Zeitpunkten zur Vlsualisierng der Fixpunkte durch Modulation einer Strahlelgenschaft kurzzeitig verändert. Vorzugsweise wird zur Berechnung der definierten Teilung für die Fixpunkte der Montagehilfsmittel der momentane Abstand zwischen dem Lichtstrahl-Ablenk punkt an einer Spiegelfläche zum momentanen Lichtstrahlauftreffpunkt an der Montagefläche einerseits und dem aus dem bekannten, beispielsweise linearen Verlauf der Ablenkgeschwindlgkelt des Lichtstrahls zu wählbaren Punkten errechenbare Ablenkwinkel andererseits zugrunde gelegt, wobei ein Lot-Abstand zwisehen der den Lichtstrahl-Ablenkpunkt auf der Spiegelfläche und der Montagefläche vorzugsweise opto-elektronisch erfaßt wird. Für den Anwendungsfall in der Praxis wird die Montagefläche eine im allgemeinen gekrümmte Wandfläche. beispielsweise die Decke eines Raumes sein, wobei der Begriff "gekrümmte WandΩäche" eine konkav oder konvex gewölbte, aber auch eine ebene Projektionsfläche umfaßt.

Der Lot-Abstand zwischen der den Lichtstrahl-Ablenkpunkt an der Spiegelfläche und der Montagefläche wird vorteilhafterweise triangulativ dadurch bestimmt. daß ein bestimmter Punkt der von der Montagefläche reflektierten, durch ein Empfänger-Spiegeisystem periodisch und linear abgelenkten Lichtspur mittels eines feststehenden optischen Sensors erfaßt wird. Sodann wird aus der momentanen Winkelposition der Ablenkung des die Lichtspur an die Montagefläche schreibenden Lichtstrahls einerseits und der momentanen Winkelposition der Ablenkung der reflektierten Lichtspur zum Ansprechzeitpunkt des optischen Sensors andererseits sowie mit Kilfe des fest vorgegebenen und bekannten Abstands zwischen einer≤trahlablenkeinrichtung für den die Lichtspur schreibenden Lichtstrahl und dem Empfänger-Spiegelsystem der Abstand trigonometrisch errechnet. Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur lichtoptischen Vermessung von Montageflächen, insbesondere an Decken von Räumen, mit Visualisierung von festlegbaren Fixpunkten an der Montagefläche, ist gekennzeichnet durch

- eine feststehende, kohärente Lichtquelle mit Strahlfokussieroptlk. deren fokussiertes Strahlenbündel auf eine periodisch auslenkbare Sender-Spiegeleinrichtung gelangt und von dieser als Lichtspur auf die Montagefläche lenkbar ist. und durch

- eine Rechen- und Steuereinheit, die aus dem als gemessene Größe eingegebenen Lot vom Umlenkpunkt an der Sender-Splegelelnrichtung auf die Montagefläche einerseits und dem auf einen Referenzzeitpunkt innerhalb derAblenkperiode bezogenen Ausienkwinkel der Spiegeleinrichtung andererseits die Fixpunkte mit definierter Teilung errechnet und durch kurzzeitige Erre gung einer optischen Marklereinrichtung an der Lichtspur optisch markiert.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Vermessungsverfahrens und Ausführungsforinen der erfindungsgemäßen Einrichtung zur lichtoptischen Vermessung sind durch die kennzeichnenden Merkmaie von abhängigen Patentansprüchen definiert und werden nachfolgend vorgestellt, wobei das der Erfindung zugrunde l iegende Prinzip und vorteilhafte Einzelheiten anhand von Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1a. 1b das Grundprinzip einer bevorzugten Ausführungsforin einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur lichtoptischen Vermessung und Zentralprojektion von linearen Trassenverläufen in Ansicht und SeitenSchnittdarstelIung: Flg. 1 c eine entsprechend Fig. 1a. 1b erzeugte Lichtspur:

Fig. 2 die Prinzipanordnung der Einrichtung nach Fig. 1 in Verbindung mit einer opto-eiektronischen Hilfs-Meßeinrichtung zur Bestimmung des Abstands zwischen einer geometrischen Referenzkante am Boden und einen lotrecht darüber befindlichen Deckenpunkt;

Fig. 3 ein schematisiertes Anwendungsbeispiei für das Trassen-Markierungssystems nach Fig. 2 bei der Markierung von zwei parallelen Trassenverläufen an der Decke eines Raums:

Flg. 4 eine Skizze zur Verdeutlichung, wie aus einer relativen Zeitmessung die

Winkelbestimmung der Lage eines den Lichtstrahl ablenkenden Spiegels erfolgt, um aus dem gemessenen Lotabstand einerseits und der momentanen Winkelstellung des Ablenkspiegels andererseits die Fixpunkte für Montagehilfsmittel entlang der Trassenspur zu bestimmen:

Fig. 5 eine zum Vermessungs- und Markierungssystem der Fig. 2 alternative

Ausführungsform, mit der sich in einer Baueinheit durch Verwendung von zwei Spiegeisystemen sowohl der Lotabstand zu einer Montagefläche als auch die Winkellage eines Strahlablenkspiegels und damit die Fixpunkte der Trassenmarkierung bestimmen lassen: Fig. 6 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung bei Anwendung des ZweifachSpiegeisystens der Fig. 5;

Fig. 7 die Schließzeitpunkte eines Beobachtungsdreiecks zur Bestimmung der momentanen Spiegelwinkelstellung eines Strahlablenkspiegels bzw. zur

Bestimmung der Normalentfernung der Spiegeloberfläche zur Projektionsfläche:

Fig. 8a. 8b eine abgewandelte Ausführungsform eines Vermessungs- und Trassen-Visuaiisierungssystems zur gleichzeitigen Darstellung mehrerer paralleler Strahlspuren einschließlich gewünschter Fixpunkte z. B. für Befestigungsmittel;

Fig. 9 eine den Fig. 3 bzw. 6 entsprechende Darstellung von drei parallelen

Trassenveriäufen bei Anwendung des Systems nach Fig. 8:

Fig. 10 die Markierung von Fixpunkten mittels Erregung eines auf jeden Einzelstrahl der Markierungsspuren nach Fig. 9 wirkenden Strahlausienk-Aktuators:

Fig. 1 1 das Funktionsbiockschaltbild für die Vermessungs- und Trassen-Visualislerungsemrichtung gemäß Fig. 5:

Flg. 12 ein Strahldiagrammzur Erläuterung der triangulatlven Bestimmung von

Fixpunkten mittels eines Vermessungs- und Trassenmarkierungssystems gemäß Flg. 5 bzw. 1 1 ;

Flg. 13(A) bis 13(D) Unter-Routinen eines Betriebsablaufdiagramms sowie eine

Speichertablie zur Bestimmung von Stützpunkten bzw. zur Interpolation von Fixpunkten entlang einer vlsualisierten Trasse:

Fig. 14a. 14b dient zur Erläuterung der geometrischen Grundvoraussetzungen bei der Festlegung einer Trasse und deren Fixpunkte bei Anwendung des Vermessungs- und Markierungssystems nach Fig. 2:

Fig. 15 veranschaulicht das Prinzip für eine Ausrichtung bzw. Nivellierung eines Vermessungs- und Trassenmarkierungssystems beispielsweise nach

Fig. 5;

Flg. 16(A) bis (C) Unter-Routinen zur automatischen Nivellierung mittels einer m

Fig. 15 gezeigten Ausricht- und Nivelliereinrichtung;

Fig. 17a. 17b. 17c drei Strahlskizzeri zur Erläuterung der Bestimmung eines zeitabhängigen Spiegeiwinkels bei nicht horizontaler Montagefläche; Fig. 18 ein Vermessungs- und Trassenmarkierungssystem gemäß Fig. 5 mit Bezeichnung von Abständen. Radien und Winkein als Grundlage für die Erläuterung geometrischer Beziehungen und mathematischer Zusammenhänge; Fig. 19 eine alternative Ausführungsform für das Vermessungs- und Trassenmarkierungssystem gemäß den Fig. 5 bzw. 18 mit Verwendung von Schwmgspiegein anstelle von rotierenden Polygonspiegeln: und

Fig. 20 das Prinzip eines Schwingspiegeisystems.

Mit Bezug auf die Fig. 1 bis 4 wird zunächst ein erstes Ausführungsbeispiei für die erfindungsgemäße Lösung eines Vermessungs- und Zentralprojektlonsverfah- rens bzw. einer Projektionseinrichtung T mit einem rotierenden Polygonspiegel 1 zum periodischen Ablenken bzw. Scanning eines sichtbaren Laserlichtstrahls 3 mit Teilabschnitten 3a. 3b bzw. 3b' und einer getrennt aufgestellten Hilfseinheit 1 1 zur Bestimmung der Distanz von einem Fußboden 14 zu einer Decke 15 erläutert. Eine Laserlichtqueile 2. vorzugsweise ein Halbleiterlaser mit Strahlfokus- sieroptik (nicht gezeigt) sendet ein parallel- kohärentes Lichtstrahlbündel des Laserlichtstrahls 3 über einen Ablenkspiegel 5 mit Kipp-Aktuator 6. vorzugsweise realisiert durch ein Piezoelement. auf die Spiegelflächen 1a, 1b, 1c, ... des rotierenden Polygonspiegels 1. der seinerseits den Lichtstrahl 3b in periodisch wiederkehrender Sequenz auf die Projektionsfläche, im dargestellten Beispiel auf die Decke 15. lenkt. Der Polygonspiegel 1 ist durch eine kardanlsche Aufhängung 4 mit den beiden unabhängigen Drehachsen 4a bzw. 4b gehalten, so daß seine elge- ne Rotationsachse 20 in zwei Raumrichtungen gekippt werden kann. Mittels der kardanischen Aufhängung 4 kann die Projektionsgerade an der Projektionsfläche ausgerichtet werden. Das Elnrtchten der Rotationsachse 20 des Polygonspiegeis 1 erfolgt manuell oder - wie weiter unten erläutert - auch automatisch bzw. halbautomatisch, wobei an der Projektionsfläche montierte Reflexmarken X. Y (Fig. 3) als Referenzpunkte zum Ausrichten des Polygonspiegeis 1 dienen können. Die Projektionsspur A wird dabei zuerst zu einer Referenzgeraden Ran der Wand oder Decke (beispielsweise Kante Wand/Decke) manuell ausgerichtet. Der Reflexionsgrad der Reflexmarken X. Y muß deutlich höher sein als jener der Montagefläche (z. B. Decke), so daß ein entsprechender Intensitätsanstieg des reflektierten Strahlpunkts gut ernannt werden kann.

Unter Berücksichtigung der Projektionsgeometrie (Perspektive) wird der KippAktuator 6 in genau definierten Zeitpunkten angesteuert, wobei die Zeitpunkte durch ein weiter unten erläutertes Mikrocomputersystem aus den Daten 'Entfernung zur Wand" und "momentane Spiegeilage" berechnet werden. Die Strahlspur 3a. b wird dabei von cefinierten Markierungen überlagert, wie die in Fig. 3 schematisch angedeutete Lichtspuren A und B bzw. die in Fig. 1 c eingezeichnete Strahlspur A erkennen lassen.

Die jeweilige momentane Spiegeilage wird aus dem Durchgangszeitpunkt eines Positionssensors 21 durch einen Null-Phasenwmkel. beispielsweise festgelegt durch die Vorderflanκe eines entsprechenden Positionspulses, und der konstant geregelten Rotationsgeschwmdigkeit des Polygonspiegeis 1 bestimmt (vgl. Flg. 4). Die in Fig. 4 angegeDene Zeitspanne t l wird weiter unten näher erläutert. Aus der so weit gegebenen Beschreibung ist ersichtlich, daß der mit genau geregelter konstanter Rotationsgeschwindigkeit angetriebene Polygonspiegel 1 den Laserstrahl 3b periodisch auslenkt, wodurch die gerade Strahlspur A- im dargestellten Beispiel der Fig. 3 an die Decke - projiziert wird. Eine nachfolgend beschriebene Distanzmeß einrlchtung 1 1 mißt den Abstand zwischen einer geometrischen Referenzkante, beispielsweise am Boden, und dem lotrecht darüber befindlichen Deckenpunkt mittels an sich bekannter Verfahren, beispielsweise mitteis Ultraschall-Laufzeitmessung 18. Die Distanzmeß einrlchtung 1 1 (vgl. Fig. 2) ist am Boden stehend und manuell verstellbar. Die Bestimmung der Entfernung zwischen der Distanzmeßeinrichtung 1 1 und der Projektlonseinrichtung T erfolgt aus der zeitlichen Messung des Durchgangs des Ab lenkstrahls 3b durch das über der Distanzmeß einrlchtung 1 1 errichtete Lot mittels eines senkrecht auf die Decke 15 fokussierten Photosensors 12. Die zeitliche Korrelation des Strahifleckdurchgangs an der Decke 15 und der momentanen Spiegellage des Polygonspiegels 1 wird durch eine Signalstrecke, vorzugsweise als Infrarot-Lichtstrecke 16, 17 verwirklicht, mittels Reflexion an der Decke 15 gewährleistet. Die Übermittlung der Information der Entfernungsmeßeinrichtung 1 1 an die Projektionseinheit T erfolgt ebenfalls auf optisch-digitalem Weg über die Infrarot-Lichtstrecke 16, 17. Um eine Korrektur von Fehlern aufgrund von Bodenunebenheiten zu gewährleisten, muß die Gerätehöhe der Distanzmeßemrichtung 1 1 in bezug auf die Projektlonsemrichtung T ermittelt werden. Wie die Fig. 2 zeigt, erfolgt dies beispielsweise mittels eines Laserstrahls L. welcher durch an sich bekannte Drehpnsmen 10 m kreisförmiger, waagrechter Bahn um die zuvor ausgerichtete Ablenkemnchtung T herum abgelenkt wird (Leuchtturm-Prinzip). Der Laserstrahl L beschreibt somit eine zur Wassereoene parallele Hilfsebene mit bekannter Distanz vom Boden am Ort der Projektionsemrichtung T. Ein optischer Sensor 13 mit linearer Empfindlichkeit entlang einer senkrechten Strecke, beispielsweise verwirklicht als Laterai-Photodiooe. detektiert die Höhe des Auftreffpunkts des Laserstrahls L über der Referenzkante tz. B. Boden) für die Distanzmeßeinrichtung 11. Durch diese Information können Booenunebenheiten aus der Distanzmessung herausgerechnet werden. Die Korrektur vonUnebenheiten der Projektionsfläche (z. B. Decke) und des Bodens erfolgt durch eine Entfernungsmessung mittels der Distanzmeßeinrichtung 1 1 zur Decke unter Beachtung der momentanen Position des Projektionsflecks der Lichtspur des Lichtstrahls 3b. Zu diesem Zweck ist das Sichtfeld des Sensors 12 senkrecht nach oben an die Decke 15 fokussiert. Im Augenblick des Strahldurchgangs durch das Sichtfeld des Sensors 12 wird ein Impuls generiert und über die Infrarot-Lichtstrecke 17. 16 zur Projektionseinrichtung T übermittelt. Das Infrarot-Signalsystem nützt die Decke 15 als Übertragungsmedium aus.

Können Unebenheiten von Boden und ProjektlonsΩäche (Decke) vernachlässigt werden und ist die Raumhöhe oder der Abstand zur Projektionsfläche mit hinreichender Genauigkeit bekannt, so kann auf den Einsatz der Distanzmeß elnrlchtung 1 1 und deren Funktionen vollständig verzichtet werden. Ein Mikrocomputersystem, das weiter unten mit Bezug auf die Fig. 1 1 bis 14 näher erläutert wird, dient zur Lösung der trigonometrischen Vermessungsaufgabe. Die Winkelbestimmung der jeweiligen momentanen Lage des betreffenden strahlablenkenden Spiegels 1a, 1b, 1c. ... des rotierenden Polygonspiegeis 1 erfolgt durch Messung der Zeit tl ab Vorderflanke des durch eine beispielsweise auf die Achse 20 des Polygonspiegeis 1 aufgebrachte Marke ausgelösten Pulses des Positionssensors 21 durch den Null-Phasenwinkel (vgl. Fig. 4). Die Visualisierung der Geraden A an der Projektionsfläche (Decke 15) erfolgt durch den Laserstrahl 3b seibst. Die Befestigungspunkte werden durch schnelle Auslenkung des Senderstrahls (Strahlteilabschnitt 3a in Fig. 1) mit geringer Amplitude um seine Mittellage durch den Ablenkspiegel 5 mit Piezo-Aktuator 6 ebenfalls auf der Projektlonsfläche realisiert. Die Ansteuerung des Piezo-Aktuators 6 erfolgt zu definierten Zeitpunkten, welche mit Hilfe des weiter unten näher erläuterten Mikrocomputersystems berechnet werden.

Zur gleichzeitigen Darstellung eines Strahlenbündels A. B. ... mit zwei oder mehr Komponenten unter Einsatz der Projektionsemrichtung T und der Distanzmeßeinrichtung 1 1 einschließlich Visualisierung von Trassenbefestigungspunkten beispielsweise an der Decke 15 eines Innenraums (vgl. Fig. 3) wird ein Polygonspiegel 1 verwendet, dessen Spiegelflächen 1a, 1b, 1c, ... abwechselnd um einen kleinen Winkelbetrag versetzt sind.

Die Ausrichtung der Projektionsspur bzw. der ihr zugrunde liegenden Geraden erfolgt durch Kippen und Drehen der kardanisch gelagerten Polygonspiegelachse 20 in bezug auf ein feststehendes Gehäuse 22. Dieses Justieren kann manuell oder automatisch, beispielsweise durch geregeltes Suchen einer an der Wand oder Decke befestigten Zielmarke, erfolgen. Der Basisraum oder das Gehäuse 22 der Ablenkeinrichtung 1 1 muß bei der Aufstellung mit an sich bekannten Verfahren zur Nivellierung horizontal ausgerichtet werden, beispielsweise mittels eingebauter Libelle. Wie weiter unten beschrieben, kann die Nivellierung auch mit Hilfe von bekannten Neigungssensoren und Servostellern automatisch bewirkt werden.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Fig. 5 bis 7 näher beschrieben. Im Unterschied zum erstbeschriebenen Zentraiprojektlonsverfahren. bei dem der Lot-Abstand von einer den Ablenkpunkt an der Polygonspiegelfläche einschließenden Ebene zur Projektionsfläche durch eine opto-elektronische Distanzmeßeinrichtung erfaßt wird, sind bei der zweiten Ausfύhrungsform zwei rotierende Polygonspiegel 1 bzw. 30 zum periodischen Ablenken eines sichtbaren Laserlichtstrahls vorgesehen, welche unter Beibehaltung von konstanten, j edoch unterschiedlichen Spiegelrotationsgeschwindigkeiten den Laserstrahl 3 periodisch ausienken. Wie bei der erstbeschriebenen Ausführungsform ist auch hier eine bekannte Laseriichtqueile 2, vorzugsweise ein Halbleiterlaser, mit (nicht dargestellter) Strahlfokussieroptik vorhanden, welche ein parallel-kohärentes Lichtstrahlbündel über den (in Fig. 5 nicht gezeigten) Abienkspiegel 5 mit Kippaktuator 6. vorzugsweise realisiert durch ein Piezoeiement. auf the Spiegelflächen des rotierenden ersten Polygonspiegeis 1 (Senderspiegel) lenkt, der seinerseits den reflektierten Lichtstrahl 3b in periodisch wiederkehrender Sequenz auf the Projektionsfläche 15 (Wand. Decke) lenkt. Der zweite, vorzugsweise identische Polygonspiegei 30 (Empfängerspiegel) rotiert ebenfalls mit konstanter, abervom ersten Polygonspiegel 1 in der Regel abweichender Drehzahl. Die Rotationsachsen 20. 31 beider Spiegelsysteme sind parailel justiert und über ein Rahmensystem 32 gekoppeit ausgerichtet.

Die über das Rahmensystem 32 gekoppelten Polygonspiegel 1. 30 sind in ähnlicher Weise wie beim erstbeschriebenen Ausführungsbeispiel kardanisch aufgehängt, wodurch ihre Rotationsachsen 20. 31 in zwei Raumrichturigen gekippt werden können, um die Einrichtung der Projektionsgeraden, also der Lichtspur, an der Projektionsfläche einrichten zu können. Auch in diesem Fall kann das Kippen manuell oder automatisch erfolgen, wobei wiederum an der Proj ektionsfläche montierte Reflex-Marken X, Y als Referenzpunkte zum automatischen Ausrichten der Polygonspiegel 1. 30 dienen. Die vom Senderspiegel 1 ausgehende Projektionsspur wird dabei zuerst zu einer Referenzgeraden R (vgl. Flg. 6) (beispielsweise Kante Wand/Decke) ausgerichtet. Bei vollautomatischem Betrieb kann das durch geregeltes Suchen der zwei Reflex-Marken X, Y bewerkstelligt werden. Der Suchvorgang wird durch fortschreitendes Kippen der Rotationsachsen 20. 31 bei gleichzeitiger Detektion der Reflex-Marken X, Y durch den Empfängerspiegel 30 mittels eines Photosensors 33 durchgeführt. Der nicht gezeigte Basisrahmen oder das Gehäuse des gesamten Geräts muß bei der Aufsteilung mit an sich bekannten Verfahren zur Niveilierung beispielsweise mittels eingebauter Libeiie horizontal ausgerichtet werden. Auch in diesem Fall kann die Nivellierung mit Hilfe von bekannten Neigungssensoren und Servosteilern automatisch erfolgen. was weiter unten noch näher beschrieben wird.

Wie in der Fig. 5 erkennbar, sind die Rotationsachsen 20. 31 von Sender- und Empfängerspiegel 1 bzw. 30 parallel justiert. Der Empfängerspiegel 30 dient zur Bestimmung der Winkeipositlon des Projektionsflecks der Lichtspur in bezug auf ein Lot auf die Gerätehauptachse. Dies erfolgt mitteis einer an sich bekannten, dem Sensor 33 zugeordneten (nicht dargestellten) Fokussieroptik. Aus der Winkellage von Sender- und Empfängerspiegel zum Zeitpunkt der Schließens des Beobachtungsdreiecks von Senderspiegel 1. Empfängerspiegel 30 und momentanem Projektionsfleck 34 wird die Entfernung vom Senderspiegel 1 zum Projektlonsfleck 34 für jeden Strahlpunkt entlang der projizierten Lichtspurgeraden rechnerisch ermittelt. Diese Aufgabe übernimmt ein Mikrocomputersystem in weiter unten näher beschriebener Weise.

Die Bestimmungsstücke des Beobachtungsdreiecks unter Berücksichtigung der aktuellen Spiegelwinkel geben außerdem Auskumt über die Normalentfernung der ausgerichteten Spiegeioberilächen zur Projektlonsfläche 15. also beispielsweise über den Raumhöhenabstand. Die Entfernungsmessung kann jedesmal erfolgen, wenn das eben beschriebene Beobachtungsdreieck geschlossen ist. Dies läßt sich sichersteilen, indem die Rotationsgeschwindigkeiten von Senderspiegel 1 und Empfängerspiegel 30 jeweils konstant, aber unterschiedlich gewählt werden. Die Detektion der Schließungszeitpunkte des Beobachtungsdreiecks (vgl. Fig. 5) erfolgt durch den Photosensor 33 (vgl. Fig. 4). Die gegebenenfalls perspektivisch verzerrte Gestalt des Projektionsflecks 34 kann durch tabellarisch gespeicherte Korrekturwerte ausgeglichen werden, so daß zur Messung die Durchlaufzeit des Strahlschwerpunkts herangezogen werden kann.

Unter Berücksichtigung der Projektionsgeometrie (Perspektive) wird analog zur erstbeschriebenen Ausführungsform der Piezoaktuator zu genau definierten Zeitpunkten angesteuert, wobei diese Zeitpunkte durch das Mikrocomputersystem wiederum aus den Daten "Entfernung zur Wand" und "Momentane Spiegellage" berechnet werden. Die Strahlspur A (vgl. Fig. 1c) wird somit auch bei dieser Ausführungsform von definierten Markierungen überlagert.

Es sei betont, daß das Sichtbarmachen der Markierungen entlang der Strahlspur auch anders als durch Erregung eines Plezoaktuators für einen Umlenkspiegel verwirktlicht werden kann, beispielsweise durch Intensitätsmodulation (Helltastung). Farbmodulation oder Fokusmoduiation des Laserstrahls oder durch Auftastung eines Zweitstrahls.

Die Position oder Lage von Senderspiegel 1 bzw. Empfängerspiegel 30 wird aus den Durchgangszeitpunkten des (ersten) Positionssensors 21 einerseits bzw. eines dem Empfängerspiegel 30 zugeordneten (zweiten) Positionssensors 35 durch den jeweiligen Null-Phasenwmkel unter Berücksichtigung der konstant geregelten Rotationsgeschwmdigkeit beider Splegeisysteme bestimmt. Fig. 6 vermittelt einen beispielsweisen Einsatz des Vermessungs- und Trassenmarkierungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zur Visualisierung von Befestigungspunkten an der Decke eines Innenraums, wobei zur gleichzeitigen Darstellung eines Parallelstrahlbündels mit beispielsweise zwei (oder mehr) Komponenten A. B für den Senderspiegel 1 und den Empfängerspiegel 30 Polygonspiegel verwendet werden, deren Spiegelflächen la. lb. lc. ... abwechseind um einen kleinen Winkelbetrag versetzt sind.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit dem sich - abhängig von der jeweiligen Anwendung - eine Visualisierung mehrerer (typischerweise dreier) paralleler Strahlspuren A1 , A2, A3 realisieren läßt, wird mit Bezug auf die Fig. 8 bis 10 beschrieben. Die Hauptspur A1 wird dabei gleichzeitig zur Distanzmessung herangezogen, während die rechts- und linksseitigen Randspuren A2. A3 zur Festlegung von Befestigungspunkten (inklusive Positions-Markierung) fürT-förmige Trassenträger dienen.

Diese erfindungsgemäße Lösung sieht ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform die Verwendung zweier rotierender Polygonspiegel zum periodischen Ablenken (Scanning) eines sichtbaren Laserlichtstrahls vor. welche unter Beibehaltung von konstanter Spiegelrotatlonsgeschwindlgkelt den Laserstrahl 3 periodlsch auslenken. Wie die Fig. 8a erkennen läßt, ist jedes Spiegeieiement 1a, 1b, 1c,... kippbar gelagert angebracht, und zwar so. daß die Lagerung an derjeweils linken bzw. jeweils rechten Splegeikante rechtwinklig zur Hauptrotationsachse 20 des Polygonspiegeisystems 1 erfolgt, wie insbesondere die Seitenansicht in Fig. 8a erkennen läßt. Zur Erzeugung eines dreifachen Strahlenbündeis (vgl. Fig. 9) muß die Sequenz der Montage der zwölf Spiegeleiemente entlang des Umfangs des Prismenkörpers des Polygonspiegels 1 wie folgt erfolgen:

Lager linksseitig - konstante Mittelstellung des Spiegels - Lager rechtsseitig.

Die Anzahl der Spiegeieiemente muß dann natürlich durch "3" ganzzahlig teilbar sein.

Die Spiegeieiemente werden durch Aktuatoren. beispielsweise Piezo-Aktuatoren. ferngesteuert synchron gekippt, beispielsweise mittels eines Servomotors 50 mit Getriebe 51. der eine oder mehrere Kurvenscheiben 53 antreibt, so daß beim Abtastvorgang abwechselnd ein Spiegeieiement mit Linksneigung, dann mit gerader Mittelsteilung, sodann eines mit Rechtsneigung etc. den Laserstrahlengang 3a passiert. Dadurch werden hintereinander die parallelen Strahlspuren A1 (Hauptspur erzeugt durch Spiegelelemente in konstanter Mittelstellung) bzw. A2 und A3 erzeugt (vgl. Fig. 9).

Die Markierung der einzelnen 3efestigungspunkte erfolgt wiederum in analoger Weise wie bei den beiden erstbeschriebenen Ausführungsformen durch den außerhalb des Senderspiegels 1 angebrachten Ablenkspiegel 5 mit Aktuator 6 (vgl. Fig. 10). durch Intensitäts-, Färb- oder Fokusmodulation des Laserstrahls oder auch - wie erwähnt - durch Auftastung eines zweiten Laserstrahls anderer Intensität oder Farbe. Das Verkippen jedes der n Spiegelelemente um einen veränderlichen Winkel mittels der Anordnung aus Servomotor 50 mit Kurvenscheiben 53 bzw. mittels PiezoAktuatoren bewirkt eine Kippung der betreffenden Strahlbündelebene um einen dazu proportionalen Winkel. Zum Ausgleich von perspektivischen Fehlern für den Fall, daß die Projektionsfläche nicht parallel zur Schnittgeraden der Strahlbündelebenen liegt, müssen der Senderspiegel 1 bzw. der Empfängerspiegel 30 während des Scanning-Vorgangs um einen zeitliche veränderlichen Korrekturbe trag gekippt werden. Dazu wird die momentane Lot-Entfernung vom Senderspiegel 1 zur Projektionsfläche 15 herangezogen. Mikroprozessorgesteuert werden die Spiegel vorzugsweise durch Piezo-Aktuatoren korrigiert, um den Perspektivfehler auszugleichen. Auch diese Korrekturführung kann gegebenenfalls durch Kurvenscheiben mit Rollenlagern unterstützt werden (vgl. Fig. 8b). welche von Servomotoren einjustiert werden.

Die Fig. 1 1 veranschaulicht das Funktionsblockschaltbild für den Polygonspiegelantrieb einerseits und die trigonometrische Bestimmung von Fix- oderBefestigungspunkten andererseits.

Der Senderspiegel 1 einerseits bzw. der Empfängerspiegel 30 andererseits (vgl. auch Fig. 5) werden von durch zwei- oder dreiphasige Wechselrichter 60 bzw. 61 beaufschlagte Synchronmotoren 70 bzw. 71 mit konstanter, jedoch unterschiedücher Rotationsgeschwindigkeit angetrieben. Die jeweilige Null-Phasenlage oder der Null-Phasenwinkel P 1 für den Senderspiegel 1 bzw. P2 für den EmpfängerSpiegel 30 wird durch die Null-Phasendetektoren 21 bzw. 35 erfaßt und über zugeordnete Verstärker in einen Mikroprozessor (Mikrocontroller) 66 eingelesen. der aufgrund dieser Xull-Phasensignale zwei Zähler 62 bzw. 63 startet, die von einer Taktslgnalqueiie 65 gelieferte Taktsignale hochzählen. Zum Zwecke der Vorgabe oder Voreinstellung bestimmter Zählwerte (Winkelwerte) sind den Zählern 61. 63 jeweils ein Komparator 72 bzw. 73 zugeordnet. Sobald der den Strahldurchgang erfassende Photosensor 33 über einen nachgeschalteten Verstärker und einen A/D-Wandler 64 das Schließen des Beobachtungsdreiecks meldet. werden die Zähler 62 bzw. 63 nach Ablauf der Zeitperioden t1 bzw. t2 (vgl. Fig. 7) gestoppt bzw. rückgesetzt. Aus dem damit gewonnenen Wert des Lot-Abstands bzw. der beiden Winkellagen der Polygonspiegel 1. 30 beim Schließen des Beobachtungsdreiecks errechnet der Mikroprozessor 66 die Erregerzeitpunkte für den Piezo-Aktuator 6 zur Markierung der Fixpunkte. Der Mikroprozessor 66 ist mit einer Anzeige 67. einer Bediener-Schnlttstelle 68 sowie mit einer Datenschnittstelle 69 verbunden.

Die Fig. 12 und 13 erläutern den Meßablauf bei einem erfindungsgemäßen Vermessungs- und Trassenmarklerungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform nach Fig. 5 bzw. 1 1. Die Rotationsgeschwindigkeit der beiden Polygonspiegel 1. 30 wird konstant, jedoch ungleich, gehalten. Die aktuellen Winkel der Rotoren bzw. Spiegelelemente werden über die erwähnte Messung der Zeiten tl bzw. t2 (vgl. Fig. 7) und die Null- Phasendetektlon P 1 , P2 bestimmt. Die Zeitmessung erfolgt mittels der digitalen Zähler 62 bzw. 63. so daß die Winkelwerte α_{i j} und α_i2 in binärer Form dem Mikroprozessor 66 zugeführt werden. Immer wenn der Photosensor 33 das Schließen des Beobachtungsdreiecks detektiert. wird ein Datenpunkt in eine Liste (vgl. Fig. 13(3)) eingefügt. Diese Liste gibt Stützpunkte vor für die Interpolation von beliebigen Punkten X₁ entlang der durch die Lichtspur markierten Trasse. Die Interpo- latlonsgenauigkeit steigt mit wachsender Liste und damit mit der Meßdauer.

Das Flußdiagramm der Fig. 13(A) verdeutlicht den Unter-Programmablauf für das Erfassen und Generieren der Interpolationsstützpunkte:

Im Schritt 1 detektiert der (Photo-)Sensor 33 das Schließen des Meßdreiecks (vgl. Fig. 12) und gegebenenfalls die Position einer (nicht gezeigten) Reflexmarke an der Montagefläche 15. Nach Signalaufbereitung über den nachfolgenden Verstärker und den A/D- Wandler 64 steht am Eingang des Mikroprozessors 66 em kurzer digitaler Puls zur Verfügung, der im Taktzeitraster des Mikroprozessors 66 einen Interrupt und damit die Eintragung eines Meßparameters in die Liste gemäß Fig. 13(B) ausiöst. Aufgrund der aufgelaufenen Zählerstände in den Zählern 62 und 63 erfolgt im Schritt 3 die Berechnung des jeweiligen Werts für X₁. Die übrigen Verfahrensschritte 4 bis 8 dieser Unterroutine lassen sich unmittelbar aus Fig. 13(A) ablesen. Die Fig. 13(B) verdeutlicht die Struktur der gespeicherten Meßtablle für Meßwerte X, der Punkte X_min, .... X_m, X_n, .... X_max. Die errechneten numerischen Werte

Xt spiegein die lineare, vom Benutzer wählbare Entfernung des jeweiligen Meßpunkts vom Trassenursprung (Punkt Null in Fig. 12) wider. Dazu wird vom Benutzer (vgl. Fig. 13(C)) die Spezifikation des gewünschten Meßrasters entlang der Strahlspur über die Bediener-Schnittstelle 68 eingegeben. Aus dieser Angabe berechnet der Mikroprozessor 66 die Lage desjeweils aktuellen Fixpunkts oder Markers. Zur optischen Generierung der jeweiligen Markierung X₁ wird, wie aus dem Flußdiagramm der Fig. 13(C) ersichtlich, ein Interrupt erzeugt. Das Ablaufdiagramm in Flg. 13(C) beschreibt den Vorgang zum Setzen eines sichtbaren Markers an der Stelle X₁. Die "Vermessung" der Montagefläche ist zu

ERSATZBLATT diesem Zeitpunkt bereits erfolgt, und die Daten stehen in der Liste 13(B). womit die Voraussetzung zum Interpolieren gegeben ist. Daher kann die Aufgabe des Markierens allem durch den Strahl et^ durchgeführi werden, indem er in vorgegebenen Zeitpunkten aufgetastet (o.a.) wird. Dazu wird der Zeitpunkt im Komparator 72 gesetzt.

Das Flußdiagramm oer Fig. 13(D) verdeutlicht eine Abwandlung des Programmablaufs gemäß Fig. 13(C) zur Erzeugung eines in seiner Länge und Teilung vorgebbarern Marker-Arrays.

Die Fig. 14a, 14b dient zur Erläuterung der geometrischen Verhältnisse und Zusammenhänge bei der erstbeschriebenen Ausführungsform der Erfindung (vgl. Fig. 2). Bestimmt weroen soll die Raumhöhe H. also der Lotabstand zwischen der Stellfläche (Boden 14) und der Montagefläche (Decke 15) eines Raumes. Die bekannte Größe h definiert den Abstand zwischen der nivellierten Achse des Polygonspiegels 1 und dem Boden 14. Aus den gemessenen Werten für α ₁ und H werden die zu bestimmenden Größen h ₁ und x errechnet (vgl. das Bestimmungsdreieck in Fig. 14b). Die Fig. 15 und 16 veranscnaulichen. wie das erfindungsgemäße Trassenmarkierungssystem entweder manueil (Fig. 15) bzw. halbautomatisch (Flg. 16) nivelliert werden kann.

Ein Gehäuse 80 enthält die Trassenmarkierungseinnchtung mit beispielsweise zwei Polygonspiegeln gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung (Fig. 5). Das Gehäuse 80 soll auf einem Fußboden stehend angenommen werden und eine Dreipunktauflage mit drei Justierschrauben M, M1 und M2 aufweisen. Die manuelle Justage in der Horizontalebene x/y erfolgt mittels einer Nivellierlibelle NIV.

Bei der halbautomatischen Nivellierung gemäß Fig. 16 ist wiederum eine Dreipunktauflage mit Justierelementen M, M 1 und M2 vorhanden. Ausgehend von dermanuell zu betätigenden Justierschraube M werden die beiden weiteren Stellelemente M 1 und M2 servogesteuert mit Hilfe einer elektronischen Libelle NIV für die Horizontalausrichtung. Die drei Flußdiagramme der Fig. 16(A) bis 16(C) veranschaulichen den Programmablauf. Nach Einstellung der Justierelemente M1 und M2 auf Mitteipositlon wird die x-Niveillerung und y-Nivellierng ltterativ durchgeführt, bis der Niveilierzustand oder eine Abbruchbedingung (Tlme-Out) erreicht sind. Die x- bzw. y-Nivellierung erfolgt durch Pl-Positionsregelung auf Sollwert Null (horizontal) (vgl. die Unter-Routinen der Fig. 16(B) bzw. 16(C)). Der Ist-Wert des Neigungswinkeis wird durch eine (nicht gezeigte, da bekannte) elektronische Libelle erfaßt.

Die Fig. 17a. 17b. 17c verdeutlichen die mathematischen Beziehungen zur zeitabhängigen Verstellung der Spiegelkippwinkel für den Fall, daß die Projektlons- fläche, im dargestellten Beispiel die Decke 15 eines Raumes (Fig. 17a). nicht-horizontal verläuft. Zu bestimmen sind die Trassenmarkierungspunkte X_j (i = 1. 2. 3. ...) entlang der schrägen Decke 15. beispielsweise mit jeweils drei Parallelspuren (vgl. Fig. 17b). Die Spiegelkippung erfolgt wie beschrieben durch Piezoeie- mente oder durch eine Kulissensteuerung über Servomotoren. Dabei werden die Spiegel zeitabhängig gekippt gemäß der in Fig. 17c angegebenen Beziehung

Der Abstand d zwischen einer Spur A2 in Spiegeimitteilage und einer linksseiti- gen Spur AI ist gegeben. Der Lot-Abstand s2 istzeitabhängig und wird in der oben angegebenen Weise iaufend berechnet.

Die Fig. 18 dient mit gleichzeitigem Bezug auf die Fig. 5 zur Erläuterung der nachfolgend beschriebenen geometrischen Beziehungen für das Strahldreieck MD im Augenblick des Schließens des Beobachtungsdreiecks. definiert zwischen den Punkten PT1, PT2 und P. Mit PT1 bzw. PT2 sind die Strahlumlenkpunkte am Senderspiegel 1 bzw. am Empfängerspiegel 30 in dem genannten Zeitpunkt des Schließens des Beobachtungsdreiecks MD bezeichnet, während P durch die auf den Rotationsmittelpunkt (Ursprung (0.0)) bezogenen laufenden Koordinaten xl (Trassenspur) und y 1 (veränderliche Vertikalkoordinate) gegeben ist. die der (variablen) Raumhöhe H bzw. der Raumhöhe HM 1 plus Gerätehöhe h entspricht. Unter Berücksichtigung des Abstands D der Rotationszentren der beiden Polygonspiegei 1. 30. der angegebenen Radien rl. r2 und der Winkel αl bzw. α2. die den momentanen Ablenkwinkei angeben, lassen sich die folgenden Bestimmungs- gleichungen und geometrische Beziehungen im Strahldreieck MD (PD1, PD2, P(x1 , y 1)) aufstellen, wobei der Ursprung des Bezugskoordinatensystems (0. 0) in der Rotationsachse des Senderspiegels 1 liegt. Dabei sind in diesem System die Abstände h und D bekannt. Berechnet werden mit Hilfe der gemessenen Winkel α₁ und α₂ die Größen h₂ für beide Polygonspiegei 1 und 30 sowie die Abstände x1 , x2, h1 und damit H.

Das Prinzip der asyncnronen Strahiausienkung (Scannlng) und die Ermittlung der variablen, aufeinander bezogenen Winkelwerte α_i1 und α _i2 sei nachfolgend kurz erläutert: Die beiden durch den Senderspiegel 1 einerseits und den Empfängerspiegei 30 andererseits verwirklichten Scanmng-Systeme lenken m wiederholten Schwenkbewegungen den Lichtstrahl ab. der von der Laserstrahlquelle 2 ausgesandt wird und zunächst an der Spiegelfläche des ersten Polygonspiegeis (Senderspiegel 1) abgelenkt wird, auf die Montagefläche 15 auftrifft, wo der auftreffende Strahl einen Strahlfleck (Punkt P(x1 , y1) bildet. Der fokussierte optische Strahlengang des Photosensors 33 wird über die Spiegelfläche des zweiten Polygonspiegeis (Empfängerspiegel 30) reflektiert und trifft dann ebenso auf die Montagefläche 15 auf. In diesem Sinn stellt der zweite Strahlengang einen Sehstrahl dar. Die Orte der beiden Auftreffpunkte stimmen nur m einem Sonderfall überein. und zwar dann, wenn die geometrische Lage der beiden Scanningsysteme und die Lage der Montagelläche 15 so ausfallen, daß das Meßdreieck MD (PD l . PD2. P) geschlossen ist.

Die beiden Scanningsysteme werden entweder mit konstanter, aberunterschiedücher Frequenz periodisch bewegt oder aber stochasusch regellos ausgelenkt.

Im ersten Fall laufen die auftreffenden Punkte des Lichtstrahls sl und des Sehstrahls s2 mit unterschiedlicher Geschwindigkeit über die Montagefläche 15. so daß sich das Meßdreieck MD in regelmäßigen Zeitabständen schließt. Bei jedem Schließen werden die Momentanwinkel α_i1 und 040 der abgelenkten Strahlen gemessen und liefern unter Berücksichtigung der Geräteabmessungen der Ablenksysteme und der geometrischen Lagen der Polygonsplegelachsen die Daten für einen jeweiligen Meßpunkt X₁. Im zweiten Fall (stochastische Ausienkung) bewegen sich die Auftreffpunkte des Lichtstrahls und des Sehstrahls regellos über die Montagefläche 15 und es kommt in ungleichmäßigen Zeltabständen zum Schluß des Meßdreiecks MD. Bei stochastischen Abtast-Veriäufen muß anstelle der Zeitmessung eine Messung der Absolutwinkel der beiden Abtastsysteme erfolgen. Dazu werden beispielsweise an sich bekannte kapazitive Winkeimeßsysteme eingesetzt. Veranlaßt durch den Mikroprozessor 66 werden mehrere Meßpunkte x_i in der Liste (vgl. Flg. 13(B)) gespeichert und dienen zur meßtechnischen Approximation des Oberilächenprorils der Montagefläche 15 entlang der Schnittlinie, gebildet aus der Meßfläche und Strahlebene der abgelenkten Licht- bzw. Sehstrahlen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen trlangulatlven Methoden zur Distanzmessung wird bei dem erfind ungs gemäßen Verfahren nicht der Schluß des Triangulationsdreiecks mittels Steuerung und Regelung erzwungen, sondern durch Detektion des Ereignisses des Schlusses des Meßdreiecks MD als Folge der asynchronen Bewegung der beiden Ablenksysteme erfaßt.

Wie bereits erwähnt, wird ein Meßpunkt X_i Im Augenblick des Schließens des Meßdreiecks MD gewonnen, wobei im Photosensor 33 ein kurzzeitiger Signalim- puis auftritt, dessen genaue zeitliche Erfassung wichtig ist. da daraus die Spie- geiwinkei α_{i 1} , α_i2 berechnet werden, was oben anhand der Fig. 13(A) erläutert wurde. Der Zusammenhang zwischen den Winkeln α_i1, α_i2 und den Positlonen X_i an der Montagefläche 15 sind stark nichtlinear. Der Zusammenhang wird aus der Triangulation mitteis des Meßdreiecks MD und damit über eine Entfernungsbestimmung ermittelt. Die Zuordnung der Winkel α_i1 , α_i2 und X_i wird tabellarisch in der Liste der Fig. 13(B) gespeichert, die im Laufe des Meßvorgangs (wiederholtes Schließen des Meßdreiecks MD) immer dichter ausgefüllt wird, so daß der genaue Verlauf der Strahispur immer besser durch Interpolation approximiert werden kann.

Ein Befehl durch den Benutzer 'Setze Marker an Position X_i" startet folgende Ablaufsequenz:

Es werden diejenigen Stützpunkte X_j. X_k aus der Tabelle ermittelt, die am nächsten zum Punkt X_i liegen. Durch Interpolation und Auflösung der trigonometrischen Zusammenhänge, bei denen die Schließbedingung des Meßdreiecks MD für den Punkt X_i erfüllt ist. wird der Winkel α_{i 1} des ersten Ablenksystems (Sendersplegel 1) ermittelt. Der Momentanwinkel α_i2 ist dabei nicht von Relevanz, da der gesetzte Marker durch Beeinflussung der Strahleigenschaften bzw. die Strahllage des Senderstrahls s l erzeugt wird.

Zur Festlegung des entsprechenden Markierungszeitpunkts wird der Zähler 62 in Verbindung mit dem Komparator 72 verwendet (vgl. Flg. 1 1 ) . Der Komparator 72 wird dabei auf einen Zahlenwert gesetzt, der dem Zählerstand zum Zeitpunkt des Durchlaufens der Markierungsposition entspricht. Beim folgenden Abtastlauf wird der Zählerstand fortwährend mit dem Komparatorstand verglichen (vgl. Flg. 13(C)). und im Falle einer Übereinstimmung wird die Markierungsvorrlchtung ausgelöst.

Um Strecken auf der Montagefläche 15 in definierte Abstände einzuteilen, müssen sogenannte Marker-Reihenanordnungen (Marker Arrays) gesetzt werden. Für jeden einzelnen Marker entspricht die Ablaufsequenz der zuvor erläuterten. Nach dem Setzen des Markier-Erelgnisses" wird jedoch ein neuer Marker-Wert im Komparator 72 gespeichert, solange das Marker-Array noch nicht vollständig abgearbeitet ist. Der Ablaufvorgang ist in Fig. 13(D) dargestellt.

Bei der Meßanordnung nach Fig. 19 sind die zuvor verwendeten Polygonspiegei 1 und 30 durch Schwmgspiegei ersetzt, nämlich einen Senderspiegel SWSP1 bzw. einen Empfängerspiegei SWSP2. Die Achse jedes Schwingspiegels wird jeweils durch einen Aktuator AKT 1 bzw. AKT2. die als elektrodynamischer Antrieb verwirklicht sein können, durch Einbringen eines Drehmoments ausgelenkt. Die N'ullage jedes der Schwmgspiegei wird, wie die Fig. 20 erkennen läßt, durch eine Rückstellfeder F definiert. Ein in beiden Schwingspiegelsystemen vorhandener Sensor S erfaßt die momentane Spiegeilage) um die Spiegelbewegung regeltechnisch beeinflussen zu können. Die Schwingspiegel SWSP1 , SWSP2 werden beispielsweise in Resonanz betrieben, wobei Reibungsverluste durch denjeweiligen Aktuator AKT1 , AKT2 kompensiert werden. Dazu alternativ kann für beide oder für eines der Spiegelsysteme eine erzwungene Schwingung im Regelbetrieb unter Berücksichtigung des Winkeisensorslgnals als Ist-Signal vorgesehen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur lichtoptischen Vermessung läßt sich auf alle Fälle anwenden, die folgende Eigenschaften aufweisen: Eine im allgemeinen gekrümmte (konkav bzw. konvex gewölbte, aber auch ebene) Projektionsfläche. oben als Montagefläche 15 bezeichnet, wird von einem bewegten Lichtpunkt X_i abgetastet, der sich stets in einer Ebene bewegt. Durch momentanes Verändern der Strahllage oder der Strahleigenschaften dieses Lichtpunkts werden an definierten Stellen sichtbare Markierungen gesetzt. Die sichtbare Strahlspur wird vom menschlichen Auge aufgrund seiner Trägheit als Linie wahrgenommen, so- fern die Ablenkgeschwindigkeit hoch genug ist. Die Strahlspur beschreibt die räumliche Schnittlinie zwischen der Montagefläche und der Lichtstrahlebene. In der projizierten Ansicht der Lichtstrahlebene erscheint die Strahlspur als gerade. im räumlichen Fall jedoch als gekrümmte Linie. Die geometrischen Orte der Strahlspurpunkte werden aus den geometrischen Beziehungen des Meßdreiecks MD und damit aus einer Entfernungsmessung mittels Triangulation gewonnen. Die Ortsinformation der Strahlspurpunkte ist auf die relative Lage zum Systemursprung - in den dargestellten Beispielen der Achsmittelpunkt des Senderspiegels 1 bzw. SWSP 1 - beschrieben in der Ebene der abgelenkten Lichtstrahlen, beschränkt. Sollen die Absolutpositionen der Strahlspurpunkte im Raum bestimmt werden. so muß die Lage des Meßsystems im Meßraum zugrunde gelegt werden. Für den beschriebenen Anwendungsfall als Trassenmarklerungssystem wird hierzu die beschriebene Niveilieremrlchtung (vgl. Fig. 15 und 16) herangezogen. Ist das Schwereiot bekannt, so kann bei Kenntnis der Neigung des Meßsystems zu diesem Lot aus der Entfernung Strahlfußpunkt PTl zum Strahlspurpunkt P an der Montagefläche 15 die Raumhöhe, also der Lotabstand des Meßsystem-Fußpunkts zum Lotschnittpunkt mit der Montagefläche 15 bestimmt und angezeigt werden. Für den Einsatz als Trassenmarklerungssystem ist die Kenntnis der Raumhöhe allerdings primär nicht von Bedeutung, stellt jedoch eine unter Umständen nützliche Zusatzinformation dar.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zur lichtoptischen Vermessung von Montageflächen ( 15) mit VI- suaiisierung von festlegbaren Fixpunkten (Xj) in definierter Teilung an der Montagefläche. gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- ein gebündelter, von einer feststehenden Lichtquelle (2) ausgehender Lichtstrahl (3) wird periodisch zu einer bekannten Referenzlinie (R) abgelenkt und als Lichtspur auf die Montagefläche (15) projiziert.

- unter Berücksichtigung der Projektionsgeometrie und mit Bezug auf die

Lichtstrahl-Ablenkpenode wird der Lichtstrahl zu berechneten Zeitpunkten innerhalb seiner Ablenkperiode zur Visualisierung der FLxpunkte durch Modulation einer Strahleigenschaft kurzzeitig verändert.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung der definierten Teilung für die Fixpunkte der momentane Abstand zwischen dem Lichtstrahl-Ablenkpunkt an einer Spiegelfläche zum momentanen Lichtstrahlauftreffpunkt (P) an der Montagefläche ( 15) einerseits und dem aus der Ab- lenkgeschwmdigkeit des Lichtstrahls zu wählbaren Zeitpunkten errechenbare Ablenkwinkel andererseits zugrunde gelegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Lot-Abstand zwischen dem Lichtstrahl-Ablenkpunkt auf der Spiegelfläche und der Montagefläche ( 15) opto-eiektronisch erfaßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß durch Modulation der Strahleigenschaft kurzzeitig die Farbe. Intensität. Strahllage oder der Fokus des Lichtstrahls zur Visualisierung der Fixpunkte veränderbar ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Lot-Abstand zwischen dem momentanen Lichtstrahl-Ablenkpunkt und der Montagefläche ( 15) trlanguiatlv dadurch bestimmt wird, daß ein bestimmter Punkt der von der Montagefläche ( 15) reflektierten, durch ein Sender-Spiegelsystem ( 1) periodisch und linear abgelenkten Lichtspur (3) mittels eines feststehenden optischen Sensors (33) erfaß t wird, und daß aus der momentanen Winkelposition der Ablenkung des die Lichtspur an die Montagefläche ( 15) schreibenden Lichtstrahls (Senderstrahl) (3b) einerseits und der monentanen Winkelposition der Ablenkung der reflektierten Lichtspur (Sehstrahl) zum Ansprechzeltpunkt des optischen Sensors (33) andererseits sowie mit Hilfe des fest vorgegebenen und bekannten Abstands (D) zwischen dem Sender-Spiegelsystem ( 1) und dem Empfän- ger-Spiegelsystem (30) errechnet wird.

6. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche zur lichtoptischen Zentraiprojektlon von linearen Trassenveriäufen mit Visualisierung von Fixpunkten für Montagehilfsmittel oder dergleichen in definierter Teilung entlang einer vorgesehenen Trasse.

7. Einrichtung zur lichtoptischen Vermessung von Montageflächen ( 15). insbesondere an Decken von Räumen, mit Visualisierung von festlegbaren FLxpunk- ten an der Montagefläche. gekennzeichnet durch

- eine feststehende, kohärente Lichtquelle (2) mit Strahlfokussieroptik. deren fokussiertes Stranlenbündel (3) auf eine periodisch ausienkbare Sender- Spiegeiemrichtung ( 1) gelangt und von dieser als Lichtspur auf die Montagefläche ( 15) lenkbar ist. und durch

- eine Rechen- und Steuereinheit (Fig. 1 1). die aus dem als gemessene Größe eingegebenen Lot vom Umienkpunkt an der Sender-Spiegelemrichtung ( 1) auf die Montagefläche ( 15) einerseits und dem auf einen Referenzzeitpunkt innerhalb der Ablenkperiode bezogenen Ausienkwinkel der Spiegeieinrichtung andererseits die Fixpunkte (P) mit definierter Teilung errechnet und durch kurzzeitige Erregung einer optischen Markiereinrichtung (5. 6) an der Lichtspur optisch markiert.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Markiereinrichtung ein elektrisch steuerbarer, im Strahlengang (3a) des zur Sender- Spiegelelnrichtung laufenden Lichtstrahlbündels angeordneter Kippspiegel (5) ist. der das Lichtstrahlbündel aufgrund der kurzzeitigen Erregung quer zur Lichtspur mit geringer Amplitude auslenkt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippspiegel (5) durch einen Piezo-Aktuator (6) auslenkbar ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender Spiegeleinrichtung ein mit konstanter Umlaufgeschwindigkeit antreibbarer Polygonspiegei ( 1) ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß der Polygonspiegel ( 1) mit einer Nivellieremrichturig versehen ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 1 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Polygonspiegei kardanisch gelagert ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 1 1. dadurch gekenn zeichnet, daß der Lot-Abstand vom Umlenkpunkt an der Sender-Spiegeleinrichtung ( 1) zur Montagefläche ( 15) durch eine auf die Lichtspur ausrichtbare opto-elektronische Distanzmeß einrichtung ( 1 1) bestimmbar ist. deren Meßwert in die Rechen- und Steuereinheit einlesbar ist.

14. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 12. dadurch gekennzeichnet, daß zur triangulativen Bestimmung des Lot-Abstands sowie zur Bestimmung der Erregerzeitpunkte für die Marklereinrichtung (5, 6) in fester räumlicher Zuordnung zur periodisch ausienkbaren Sender-Spiegeleinrichtung ( 1) eine weitere periodisch ausienkbare Empfänger-Spiegeleinrichtung (30) vorhanden ist. welche die von der Montagefläche ( 15) reflektierte Lichtspur (S2) erfaßt und auf einen feststehenden, optischen Sensor (33) umlenkt, und daß die Rechen- und Steuereinheit (Fig. 1 1 ) das Sensorsignal als Triggersignal erfaßt und aus der auf einen ersten Referenzzeltpunkt innerhalb der Ablenkperiode der Sender-Spiegelelnrichtung (30) bezogenen ersten Zeitdauer (t1) sowie der auf einen zweiten Referenzzeitpunkt innerhalb der Ablenkperiode der Empfänger-Spiegeleinrichtung (30) bezogenen zweiten Zeltdauer (t2) Ablenk- Winkelwerte der beiden Spiegeleinrichtungen zum Triggerzeitpunkt errechnet und daraus unter Berücksichtigung des vorgegebenen Abstands der beiden Spiegeleinrichtungen (1, 30) einerseits den Lot-Abstand errechnet und andererseits die Erregefzeitpunkte für die Marklereinrichtung (5. 6) bestimmt.

15. Einrichtung nach Anspruch 14. dadurch gekennzeichnet, daß die Sender- und die Empfänger-Spiegeleinrichtung (1 , 30) zu einer Baueinheit verbunden und durch zwei auf festen Abstand drehbar gelagerte, im wesentlichen identische und mit konstanter Winkelgeschwindigkeit antreibbare Polygonspiegel ge bildet sind.

16. Einrichtung nach Anspruch 15. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Polygonspiegel durch eine gemeinsame kardanische Aufhängung gehalten sind.

17. Einrichtung nach Anspruch 15. dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Polygonspiegei haltende Baueinheit mittels einer Nivelliereinrichtung in einer Ebene ausrichtbar ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Nivelliereinrichtung eine manuell oder automatisch justlerDare Drei-Punkt- Lagerung ist.

19. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 18. dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche(n) des Senderspiegels ( 1) zur gleichzeitigen Darstellung mehrerer paralleler Lichtspuren (A. B: AI . A2. A3) um einen kleinen Winkelbetrag quer zur Auslenk- oder Rotationsrichtung des Senderspiegels verkippbar ist (sind).

20. Einrichtung nacn einem dervorstehendenAnsprüche 7 bis 19. dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Polygonspiegeis als Senderspiegel ( 1 ) und/oder als Empfängerspiegei zumindest einzelne der Spiegelelemente des oder der Polygonspiegei(s) (1 , 30) einzeln jeweils um eine zur Rotationsachse des betreffenden Polygonspiegeis senkrechte Achse kippbar sind.

21. Einrichtung nach Anspruch 20. dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelelemente in Umfangsrichtung des betreffenden Polygonspiegels aufeinanderfolgend linksseitig angelenkt kippbar, feststehend In konstanter Mittelstellung und rechtsseitig angelenkt kippbar angeordnet sind.

22. Einrichtung nach Anspruch 20. dadurch gekennzeich net. daß die kippbaren Spiegelelemente durch steuerbare Aktuatoren (50, 51 , 53), synchronisiert auf den Rotationswinkel des Polygonspiegelumlaufs, in eine gekippte Position auslenkbar sind.

23. Einrichtung nach Anspruch 22. dadurch gekennzeichnet, daß die Aktua toren durch Servomotoren antreibbare Kurvenscheiben sind.

24. Einrichtung nach Anspruch 22. dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren Piezo-Aktuatoren sind.

25. Einrichtung nach Anspruch 13 in Verbindung mit Anspruch 15. gekennzeichnet durch eine den Niveauunterschied zwischen der nivellierten Spiegeleinrichtung und der Distanzmeß einrichtung ( 1 1) erfaßende Distanz-Korrektureinrichtung.

26. Einrichtung nach Anspruch 25. dadurch gekennzeichnet, daß die Distanz-Korrektureinrichtung eine opto-elektronische Meßeinrichtung ist.

27. Einrichtung nach Anspruch 26. dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronische Meßeinrichtung ( 11) einerseits eine Sendereinheit ( 10) mit einer

Lichtquelle mit Strahlbüridelungsoptik innerhalb der Baugruppe der auslenkbaren Sender-Spiegeiemrichtung (1) aufweist, die ein zur Nlvellierungsebene der Sender-Spiegeieinnchtung ( 1) paralleles Strahlbündel (L) abgibt und andererseits einen mit der Distanzmeßeinrichtung ( 1 1 ) verbundenen optischen Sensor ( 13) mit Linearempfindlichkeit entlang einer Vertikalspur umfaßt, dessen Signal als Korrekturwert für den gemessenen Lot-Abstand durch die Rechen- und Steuereinheit bei der Bestimmung des genannten Lot-Abstands berücksichtigt wird.