WO2012175185A1 - Vorrichtung und verfahren zur richtungskalibrierung eines polarmessgerätes - Google Patents

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WO2012175185A1 PCT/EP2012/002553 EP2012002553W WO2012175185A1 WO 2012175185 A1 WO2012175185 A1 WO 2012175185A1 EP 2012002553 W EP2012002553 W EP 2012002553W WO 2012175185 A1 WO2012175185 A1 WO 2012175185A1
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rotary
rotation
gauge
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Rudolf Staiger
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Hochschule Bochum
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G—PHYSICS
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    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4972—Alignment of sensor

Definitions

  • the invention relates to a device for directional calibration of a
  • a polar measuring device is understood to mean such a measuring device which detects measured values as a function of polar coordinates, i. preferably in dependence of an angular orientation in a horizontal plane and an angular orientation in a vertical plane
  • a polar gauge is a laser scanner which has a fixed piece of equipment which is immovable in a measurement acquisition and is e.g. is connected to a holding device, in particular a tripod and has a rotating device part, which rotates at a measured value recording about a vertical axis relative to the fixed housing part.
  • the measuring direction can be specified in a horizontal plane, wherein in the rotated device part further comprises a transmitting and receiving device is provided with which at a predetermined angle in the horizontal direction in several vertical angular orientations a laser beam emitted and its reflection signal is detected.
  • a transmitting and receiving device is provided with which at a predetermined angle in the horizontal direction in several vertical angular orientations a laser beam emitted and its reflection signal is detected.
  • at least the duration of the reflection signal is detected, optionally depending on the laser scanner and the intensity of the reflected signal, so that there is the possibility in polar coordinates, i. the two angle coordinates in the horizontal and in the vertical plane to realize a three-dimensional visual capture of the environment.
  • Polarmess réelle in particular a laser scanner, is held such that its axis of rotation about which the moving part of the laser scanner device is rotated relative to the stationary, is aligned exactly vertically.
  • a tripod can be used, the stand rod is kept oscillating, so that this rod automatically following gravity vertically and thus aligns vertically and thus there is a corresponding vertical alignment of the axis of rotation of the rotated laser scanner device part.
  • a laser scanner of the type described above e.g. standing upside down, i. in particular with the rotating device part of the laser scanner hanging down and connected to the fixed device part with the holding device perform three-dimensional environmental recordings, such a laser scanner can be lowered through vertical manholes in depth, for which a tripod column with the hanging laser scanner by a e.g. ground-level channel opening is lowered into the channel, so as to perform laser scanning in one or more depths and thus to create all-around images of the channel environment.
  • a laser scanner which is given the opportunity to calibrate a measured value series recorded with a polar gauge, in particular a pixel scanner recorded with a laser scanner or their three-dimensional representation, with a reference, in particular an aboveground reference to the measured values or in a pictorial presentation
  • Comparison data in particular another pixel cloud or a three-dimensional reproduction formed therefrom, which comes from another, especially above-ground measurement level.
  • the orientation of underground channels represented in a pictorial representation can thus be related to an aerial one
  • Reference picture for example, which shows the building surrounding the manhole.
  • the object is achieved by a device that a
  • Polarmess advocatess for example, on a tripod, is fastened or is attached to a performed assembly and by which a reference direction is defined in a horizontal plane and further comprising a rotary member which is non-rotatable with the Polarmess réelle and that together with the
  • Polar measuring device is rotatable relative to the reference element about a vertical axis and further comprises at least one optical measuring device, in particular electro-optical measuring device, by means of which the coincidence of alignment of the rotary member with the reference direction of the reference element is measurable, in particular can be signaled.
  • the rotary element can be attached to the polar gauge, for example, such that it can be fastened in a rotationally fixed manner or fastened after assembly or be at least coupled to the polar meter rotatably when it is not directly or indirectly attached to this.
  • Reference element rotatably on / in a holding device of the Polarmess advocatess such as is arranged on / in a tripod is or is, in particular attached or is, being defined by the reference element, a reference direction in a horizontal plane and that further rotatably rotatably on a / in the Polarmess réelle is arranged, which is rotated together with the polar gauge relative to the reference element about a vertical axis, wherein by means of at least one optical measuring device, in particular electro-optical measuring device, the coincidence of the orientation of the rotary member is measured with the reference direction of the reference element.
  • Reference element and rotating element may be used in the embodiment e.g. to
  • Holding device and / or the polar meter to be separate components that are attached to these or are fastened or at least rotatably coupled.
  • these elements can also be an integral part of
  • Holding device and / or polar gauge form e.g. the reference element as an integral part of the holding device and the rotary element as an integral part of the polar measuring device. It is essential for all embodiments only that the electro-optical measuring device has an optical beam path and both rotary element and reference element are at least partially incorporated in this beam path, e.g. in that one or both of the
  • Elements carry or form at least one component of the measuring device, so that changes by rotation of at least one of the elements of the beam path of the measuring device.
  • a supporting element reference element / rotating element may be formed, for example, as a rod, plate or other support structure.
  • the physical training of these elements is not limited by the invention.
  • An optical measuring device may also be formed at least partially integrally in the holding device and / or the polar measuring device. However, there will always be a part of the beam path of the measuring device which extends between the polar gauge and the holding device or between the reference element and the rotary element in order to achieve an influence on the beam path by a relative rotation.
  • a polar measuring device for example a laser scanner
  • a reference measurement in particular a three-dimensional image recording, which is based on the set reference direction, which is predetermined by the reference element.
  • a reference element may be attached to a part of the holding device remaining stationary during the measurement, e.g. a tripod, to be attached. It can be provided that the reference direction is defined solely by the attachment or it can also be provided in one embodiment that the reference element about a vertical axis of rotation first to the holding device can be rotatably adjusted in a desired reference direction and then rotatably connected to the holding device is to fix this reference direction.
  • Polar gauge in particular a laser scanner, align by rotation about the vertical axis such that a match of the orientation of the rotary element, which is connected to the polar gauge, given with the reference direction of the reference element, which according to the invention by an optical measuring device, in particular electro-optical
  • Measuring device is measurable and in particular can be signaled.
  • Image captures with a laser scanner to make in other horizontal planes for example after driving into a manhole, for which it is intended to determine a match of the orientation of the rotary element with the reference direction of the reference element at each measurement by means of the optical measuring device and thus measured values, in particular a 3D image representation to detect in another horizontal plane, which is correlated with the previous measurement in terms of orientation.
  • Canal mouths are placed in a relation with an above-ground
  • a null direction i. a rotation angle about the vertical axis of rotation of the laser scanner are set, which can be achieved in all adjustable horizontal planes of the laser scanner by displacement of a holding element of the holding device, such as a tripod column.
  • the coincidence of an orientation of the rotary member with the Reference direction of the reference element is detected by means of the optical measuring device.
  • Reference element is purely optically with an optical measuring device and thus eliminates any mechanical coupling between these elements.
  • an optical measuring device at least one optical measuring section of the measuring device in the vertical direction between the rotary element and the reference element, so that this optical measuring section can be used to determine the correspondence between the orientation of the rotary element and the reference direction,
  • the optical measuring device is formed by at least one light source and at least one light detector, wherein between the reference element and the rotary element at least one measuring section as Lichtpropagationsrange
  • At least one light source is generated, propagated vertically in a region between reference and rotary element and wherein the at least one light detector or a downstream electronics in a match of
  • Alignment of the rotary element with the reference direction of the reference element generates a match signal.
  • a match can preferably present when the at least one vertically propagating light beam at least partially meets the at least one light detector, preferably in a predetermined position.
  • the at least one light beam from the rotary member in the direction of the reference element promotes reference element in the direction of the rotating element and thus also stationary due to the stationary arrangement of the reference element or whether propagated in the reverse direction, the at least one light beam from the rotary member in the direction of the reference element and thus can be moved with the rotary member of the light beam, in particular by a vertical Axis.
  • the at least one light beam strikes the at least one light detector and a
  • Such a match signal can also be transmitted between the rotary element and the reference element, depending on which element an electronic system is provided for generating the signal.
  • the transmission may e.g. wirelessly, e.g. by means of a Bluetooth connection or also optically e.g. about the light beam propagating between the elements.
  • Reference direction of the reference element can be determined.
  • a light detector or a downstream electronics generate a match signal, which results from the fact that the propagating in the vertical direction of light beam after passing through his Propagation distance between the reference and rotary element meets the light detector and thus this event is detected by measurement.
  • the correspondence between the orientation of the rotary element and the reference direction of the reference element can be carried out, for example, in the simplest version even with a single laser light beam propagated from a laser light source to a light detector in the vertical direction or by several light beams, each of which hit a detector, wherein alignment of the alignment can be obtained from the simultaneous occurrence of a match signal of all the detectors involved, each of the involved laser light beams propagating vertically, eg can be generated by its own respective laser light source or by a single laser light source after appropriate beam splitting.
  • an optical measuring device it may be provided, for example, to use a camera as the light detector, with which within the camera image, in particular within a predetermined nominal position of the camera image, the occurrence of a light signal, e.g. a predetermined light pattern is detected, which is propagated or projected in the vertical direction between the rotary element and reference element and hits the camera.
  • a camera as the light detector, with which within the camera image, in particular within a predetermined nominal position of the camera image, the occurrence of a light signal, e.g. a predetermined light pattern is detected, which is propagated or projected in the vertical direction between the rotary element and reference element and hits the camera.
  • a camera on the reference element fix a camera on the reference element and to rotate a light source with the rotary element (or vice versa) emitting a light bundle in the vertical direction, eg its cross section perpendicular to the direction of propagation describes a predetermined pattern and determine by image interpretation, when this pattern appears within the camera image in a predetermined target position. If this is the case, then the correspondence between the orientation of the rotary element and the reference direction of the reference element is given.
  • the optical axis of the light beam detecting light detector are aligned in the measurements exactly vertical.
  • each light source and / or each light source and / or each light bundle in the vertical direction eg its cross section perpendicular to the direction of propagation describes a predetermined pattern and determine by image interpretation, when this pattern appears within the camera image in a predetermined target position. If this is the case, then the correspondence between the orientation of the rotary element and the
  • Light detector self-leveling are arranged on the reference element or
  • the optical axis of a divergent light bundle can be understood to mean, in particular, the angle bisector between the marginal rays of the bundle.
  • the rotary member is fastened or fixed to a device part of the polar gauge, which in the measuring operation of the
  • Polarmess advocatess to the vertical axis of rotation and the holding device is rotationally fixed and that the rotary member is rotatable in the reference direction before the start of a measured value with the Polarmess réelle, for example, by hand or automated by a motor drive, and it may then be provided in a preferred embodiment that the optical
  • Measuring device is arranged to signal the conformity of the orientation of the rotary element with the reference direction of the reference element.
  • the attachment to the non-rotating during the measurement device part can be done directly on this or indirectly via an element that is non-rotatable with the device part, e.g. on a holding element, such as the stand rod.
  • a motorized embodiment of this variant it may be provided to arrange a motor between the stand rod and the device not rotating part measuring device with which, in particular automated, the non-rotating in operation device part are rotated relative to the same in operation not rotating stand rod before a measurement can to achieve the match between the orientation of the rotary member and the reference direction.
  • the optical measuring device provides an acoustic or optical signal or triggering signal to the
  • the device Match the orientations to a user of the device.
  • a user can then start a measurement acquisition in this detected match of the orientation of the rotary element and the reference element.
  • the measured value recording can also be started automatically, if previously the motor matching the alignment of the rotational element was found with the reference direction.
  • Displacement of a holding element of the holding device e.g. a pendulum held tripod column can be set at different distances to the reference element, so that depending on the distance between the rotating element and reference element, the optical LichtpropagationsSCH between the rotating element and the reference element changes in length.
  • a holding element of the holding device e.g. a pendulum held tripod column
  • Lichtpropagations zone and a preferably swinging suspension of the Polar measuring device ensures that the Lichtpropagationsshare is exactly parallel to the axis of rotation of the polar gauge.
  • the conformity of the orientation of the rotary member with the reference direction can be detected by measurement, since in this embodiment, the optical measuring device, in particular the length of
  • Propagation line automatically adjusts.
  • Rotary element and the reference element in the vertical direction are stationary relative to each other, therefore, the rotating element in a change in the altitude of the polar gauge, e.g. by adjustment or displacement of a
  • Holding element in particular a tripod column, does not change its own altitude.
  • the rotary member is rotationally coupled to a displaceable in the vertical direction of the holding device holding device, such as a tripod column, a tripod, which means that rotation of the stand column and the rotary member relative to the reference element is rotated, for example when Polar gauge is rotated together with the tripod column about the vertical axis, either manually or automatically motorized.
  • Retaining element in the vertical direction is displaceable through the rotary member.
  • Retaining element in the vertical direction is displaceable through the rotary member.
  • this can be achieved by a stand column being in operative connection with its mantle surface with the rotary element, e.g. a
  • the tripod column can be pushed past the rotary member, however, when rotating about the vertical axis, the rotary member is carried by the existing engagement.
  • this can for example be mounted completely above ground on a holding device, in particular on a stand, which due to the constant, in particular small distance between the rotary member and the reference element a high
  • the rotary member is attachable to a device part of the polar gauge, which is rotated in the measuring operation of the polar gauge about its vertical axis of rotation and relative to the holding device, wherein the rotary member during a measured value acquisition with the polar gauge together with the rotating device part at least once through the reference direction
  • the optical measuring device is arranged to signal the coincidence of the orientation of the rotary member with the reference direction of the reference element during rotation.
  • Polarmess viters before the start of a measurement such that the orientation of the rotary element coincides with the reference direction of the reference element. Rather, automatically during a measurement in which the rotating element with the rotating part of the polar gauge rotates about the vertical axis, automatically detected by the optical measuring device and a downstream electronics when a match between the orientation of the rotary member and the reference direction of the reference element is present and signaled by a generated signal.
  • the signal which provides the optical measuring device or downstream electronics is supplied to an interface of the polar measuring device so as to associate the directional reference with at least one measured value pair of polar coordinates. Since this can be done with the above-described channel application both in an above-ground three-dimensional recording with a laser scanner as well as at least one underground recording, it is possible to use the measured value pairs identified in the measured values
  • Correlate images with respect to their direction in the horizontal plane e.g. by converting the angles in the horizontal plane to a respective starting angle, which is identified by the generated signal.
  • the rotary element in which the correspondence between the orientation of the rotary element with the reference direction of the reference element quasi "on the fly” during the measured value detection is determined, the rotary element will be arranged together with the polar gauge in the vertical direction relative to the reference element slidably, so that However, due to the vertical propagation of the at least one light beam within the optical measuring device, this is not critical because of the displacement of the holding element, in particular of a stand rod of a stand.
  • Laser light source and at least one laser light detector may be provided that due to the cross section of the laser light and the overlap with a detector surface, this detector surface provides a spatial resolution to detect the position of the projected laser spot of vertically propagating laser light beam within the total area of the light detector and so. evaluate when the laser spot occupies a predetermined target position.
  • a light detector may be formed as a planar sensor with a spatial resolution of a plurality of pixels, so that, for example, such a laser detector by a two-dimensional
  • Quadrant detector to form so the relative position between the
  • any other arrangement can be used as a light detector, which allows to determine the position of a projected laser spot within the light detector with sufficient accuracy and from this
  • Reference element can be signaled.
  • Reference and rotating element each form a plurality of vertical light beams, in particular a plurality of vertical laser beams and each laser beam to assign at least one light detector, as described above, each of the laser beams can be generated by a separate laser light source or even after beam splitting by a single laser light source.
  • Polar gauge is cutting.
  • the arrangement may also be selected such that the line on which the respective
  • Offset polar gauge which is an acentric arrangement of
  • the axis of rotation of the polar gauge or according to cuts the second embodiment is offset to the axis of rotation of the polar gauge just as the light detectors.
  • At least one laser light source at least one vertically propagating light beam is generated, which is fanned out in a plane parallel to
  • Rotary axis of the polar gauge is or particularly preferred
  • Embodiment in which the axis of rotation of the polar measuring device is arranged.
  • such a fanning can be generated by a cylindrical lens or a cylindrical concave mirror which is arranged in the propagation path of a laser light beam.
  • it may be provided to detect the example of the reference element in the direction of the rotary element or vice versa projected line of the laser beam by means of a plurality of light detectors arranged in a line or a line detector whose detector line exactly coincide in agreement of the orientation of the rotary element and reference element Direction of the projected
  • the device according to the invention also has the further advantage that it can be used with already existing measuring devices comprising a tripod and a laser scanner, since according to the invention
  • Reference element, the rotary member and the optical measuring device comprising at least one light source and at least one light detector describe.
  • Figure 1 shows a simple arrangement of a reference element 1 which is fixed in place e.g. aboveground is attachable to a tripod, which is a
  • a reference direction is defined, which results for example from the intersection of the axis of rotation 2, which may correspond to the vertical axis of rotation of the laser scanner or the tripod column, which is mounted on the tripod pendulum with the reference element 1 and the location of here attached to the reference element 1 light source, in particular laser light source, 3.
  • the connecting line between this intersection and the light source 3 provides Accordingly, a reference direction in a horizontal plane, which is symbolically represented by the arrow 4 here.
  • This reference direction in a horizontal plane namely the one in which the reference element lies, can define the zero-degree direction in a laser scanner, for example, from which a laser scan is started.
  • Directional parameters such as angle data in the earth coordinate system uninteresting.
  • the rotary element 5 which is attached to the laser scanner, in particular to its non-rotating during the measurement part, by rotation of the not yet measuring
  • Laser scanner to rotate about the axis of rotation 2 until its detector 6, which has the same radial distance from the axis of rotation 2 as the light source 3 is arranged on the reference element, that of the light source 3 in the vertical direction to the rotary member 5 projected light beam, in particular Laser light beam 7 impinges on the photosensitive surface of the detector 6 and thereby a match signal is generated, for example by
  • an orientation of the rotary member 5 is defined, e.g. results from the intersection of the axis of rotation 2, which may correspond to the vertical axis of rotation of the laser scanner or the tripod column, which is mounted pendulum on the tripod with the rotary member 5 and the location of here attached to the rotary member 5 detector 6.
  • the connecting line between this intersection and the detector 6 thus represents the orientation 8 of the rotary element 5,
  • the laser scan can thus be started, which then in Zero-degree direction relative to the horizontal plane begins, which lies in the direction of the reference direction 4 or at least to a fixed position occupies.
  • Laser scanner recorded, so any subterranean image, which is taken after lowering the laser scanner in a channel, be set in relation to this image of the above-ground area, characterized in that prior to each recording of a subterranean image the same orientation 8 of the rotary element
  • the rotary element 5 is mounted on the part of the rotary body 5 rotating about the vertical axis 2 during a measurement
  • Light detector 6 is recorded, which is recorded along with the measured values of the laser scanner, then during the measurement
  • each underground channel receptacle can be correlated with respect to its direction to an aboveground receptacle which, for example, shows the buildings surrounding the manhole into which the laser scanner on the stand column has been lowered.
  • FIG. 2 is modified relative to FIG. 1 merely in that, in the orientation 8 of the rotary element 5, which passes through the intersection of the
  • Rotary axis 2 is given with this element and the detector 6, not only a detector 6 is arranged, but also another detector 6 ', which is arranged around the rotation axis 2 by 180 degrees offset to the light detector 6. Accordingly, there are two positions in which an overlap between the light spot produced by the light beam 7 and an illuminated detector 6 or 6 'results, whereby two mutually antiparallel
  • Orientations relative to the reference direction 4 of the reference element 1 can be detected.
  • Figure 3 shows the arrangement of two light sources 3 and 3 ', respectively, in an 80 degree orientation about the axis of rotation 2 on
  • Reference element 1 are arranged and in each case downward to the rotary member 5 a light beam 7 and 7 'emit, wherein the rotary member 5 in this embodiment, only a detector 6 is arranged, in conjunction with the intersection of the axis of rotation 2 and the rotary member 5, the orientation of the eighth defined the rotary element.
  • two mutually antiparallel orientations are thus detected, which lie parallel or antiparallel to the reference direction 4 of the reference element and result from the fact that the one detector 6 once with the light beam 7 of the light source 3 and the other time with the light beam 7 'of the light source 3' is covered.
  • the light beams or their emitting light sources different and thus to design the light beams distinguishable.
  • the at least two light beams propagate vertically within the at least one optical beam path of the at least one measuring device that the at least two light beams are configured distinguishable from each other.
  • the light beams have different intensity or at least one of the light beams may e.g. be modulated, for example, temporally or spatially.
  • the detectors or their downstream electronics can thus be provided for all embodiments in which at least two light beams propagate vertically within the at least one optical beam path of the at least one measuring device that the at least two light beams are configured distinguishable from each other.
  • the light beams have different intensity or at least one of the light beams may e.g. be modulated, for example, temporally or spatially.
  • the detectors or their downstream electronics can thus be provided for all embodiments in which at least two light beams propagate vertically within the at least one optical beam path of the at least one measuring device that the at least two light beams are configured distinguishable from each other.
  • the light beams have different intensity or at least one of the light
  • a match signal is output only when a searched distinguishing feature (temporal / spatial modulation or intensity, etc.) has been found in the incident light beam.
  • the sought correct orientation of the rotary element to the reference direction is thus given only if of a plurality of distinguishable light beams of each of a detector associated light beam impinges on this and is detected. Accordingly, it may be provided to arrange at least one such association between at least one of the plurality of distinguishable ones
  • FIG. 4 also shows an embodiment in which, with respect to FIG. 3, another detector 6 'is also arranged on the other side of the rotation axis 2 and thus oriented 180 degrees to the detector 6, so that here
  • Match signal is generated when both detectors 6 and 6 'with the light beams 7 and 7' overlap.
  • Light beam 7 of the light source 3 strikes detector 6 and light beam 7 ' of light source 3 ' strikes detector 6 '
  • the anti-parallel position offset by 180 degrees light beam 7 of light source 3 strikes detector 6 ' and light beam 7 ' of FIG
  • Light source 3 ' applies to detector 6) is present, it can also be done here, for example, that the light beams 7 and 7 ' have different intensities or the light source 3 ' temporarily issued or modulated or other distinctness is present.
  • the light beam 7 may be assigned to the detector 6 and the light beam 7 'to the detector 6 ' . Thus, if the light beam 7 impinges on the detector 6 ' , these form an unassigned pair of light beam and detector and no match signal is generated since the light beams 7 and 7 ' are distinguishable.
  • the reference direction 4 can be advantageous in this arrangement by the
  • Connecting line between the two detectors 6 and 6 ' defines.
  • a direction reference direction of the reference element or orientation of the rotary element
  • the respective direction between two points of each element is defined, of which at least one part of the Beam path of the optical measuring device is.
  • a direction definition can thus take place, for example, by the point in which the vertical axis of rotation of the polar measuring device or of the stand rod is the respective one Element intersects and the point at which a detector or a light source or other optical element of the beam path is arranged on / on this element.
  • the direction can thus also be defined by two points, which are each part of the beam path, for example by the fact that in these points light source / detector and a mirror or other deflecting element are arranged.
  • the light sources in particular laser light sources
  • the rotary element 5 which is then brought into alignment with the reference direction, which is defined by the reference element 1
  • the detectors provided on the rotary element indicate an intensity signal.
  • Detector / s 6 are attached to the Referenzelement.1.
  • Figure 5 shows another embodiment in which the light source and the detector on the same element, here on
  • the measuring device is configured such that the light source 3 and the detector 6 are arranged directly next to one another at a distance from the axis of rotation 2 on the rotary element 5 or even formed by the same component, wherein the propagation distance of the light in this embodiment is vertical from below is above the reference element, on which a retroreflector 9 is arranged, which reflects the received light beam 7 as a light beam 7a exactly parallel, possibly with a lateral offset, in the direction of the rotary member 5 on the arranged next to the light source detector. 6
  • Reference direction 4 of the reference element 1, wherein the reference direction now results from the connecting line from the intersection of the axis of rotation 2 with the reference element 1 in the direction of the retroreflector 9 and the orientation of the rotary member 5 is defined by the line connecting the
  • FIG. 6 differs from that of FIG. 5 again in that the optical measuring device is provided twice here, namely oriented 180 degrees to one another around the axis of rotation 2.
  • FIG. 7 shows a modified embodiment, in which a light source 3 is arranged on the rotary element 5 and at a distance from the axis of rotation, so that in turn the orientation 8 of the rotary element 5 is defined, but the entire Lichtpropagationsweg next to two vertical
  • the light from the light source 3 is vertically upward to
  • Reference element 1 out to be deflected from there by means of a mirror, in particular deflecting prism, 10 in the horizontal direction to a point which is rotated at 180 degrees about the rotation axis 2 on the other side of the reference element 1, then with this mirror, in particular
  • an alignment 8 of the rotary element is defined between light source 3 and detector 6, as well as between the mirrors 10 and 10 'the reference direction of
  • FIGS. 8 and 9 furthermore describe an embodiment in which the respective rotary element 5 has respective detectors 6 in an arrangement of 90 degrees to each other within its horizontal plane, which detectors can therefore be rotated together with the rotary element 5 about the axis of rotation 2.
  • the reference element 1 has a single light source, as in FIGS. 1 and 2, whereas in FIG. 9 two light sources 3 and 3 'are provided at 180 degrees to one another, corresponding to the same arrangement of FIGS. 3 and 4.
  • conformity signals between the orientations of rotary element 5 and reference element 1 also result here whenever a light detector in FIG. 8 or two light detectors in FIG. 9 simultaneously coincide with the light beams 7.
  • a match signal is to be regarded as detected only when it originates from a very specific one of the total of a plurality of detectors 6 here. If a light signal is detected from another one of the detectors 6 than predetermined, an automatic device may calculate therefrom, in which direction e.g. the rotary element must be automatically rotated by a motor to rotate the rotary member 5 in the correct orientation, which by the connection between
  • FIGS. 0 and 11 also show, as further developments, the possibility of providing a plurality of light sources 3 or detectors 6, all of which are arranged on one side in relation to the axis of rotation 2 in FIG.
  • FIG. 11 also shows, in comparison with FIG. 0, the further development that at least the detectors 6 are arranged on a common line on both sides of the axis of rotation 2 and thus define the orientation of the rotary element 5.
  • FIG. 12 shows the same arrangement of light sources 3 and detectors 6 in each case in a line which intersects the axis of rotation 2, so that here each one
  • Light source 3 a respective vertically underlying detector 6 of the
  • Rotary element 5 is assigned. A match of the alignment between reference element 1 and rotary element 5 is achieved here when all detectors 6 receive a corresponding light signal.
  • FIGS. 3 and 14 show two different embodiments in which, with reference to FIG. 13, only one side of the axis of rotation 2 and with reference to FIG. 14 are offset on both sides of the axis of rotation 2 by 180 degrees relative to one another at the reference element 1 at a distance from each other Rotary axis 2, a light source 3 is arranged, which, however, in the present case instead of a light beam having a propagation direction substantially constant cross-sectional area now a line 3a in the direction of the rotary member 5, wherein it is provided on the rotary member 5 to provide an elongated sensor 6 whose geometric longitudinal extent intersects the point of intersection of the axis of rotation 2 with the rotary element 5.
  • FIGS. 15 and 16 describe further embodiments in which it is intended to generate two vertically propagating light beams around the axis of rotation 2, with which an associated detector 6 is illuminated in each case when the orientation of the rotary element 5 and the direction of the
  • Reference element 1 are consistent. It is provided, according to the figure 15 to the reference element 1 to arrange a light source 3, by means of in vertical direction, a light beam 7 is generated, which is divided at the beam splitter 11 into two beams, one of which propagates further in the vertical direction and the other is deflected in the horizontal direction to a lying on the other side of the rotation axis 2 mirror, in particular deflection prism, 10th , with which in turn the light beam is reflected downwards in the vertical direction, so that here both generated partial light beams 7 only one
  • FIG. 16 shows an embodiment in which an original light beam 7 is collinearly fed to the rotation axis 2 of the apparatus and is deflected by a beam splitter 1 in two opposite directions to respective mirrors, in particular deflection prisms 10, which are at 180 degrees about the rotation axis 2 are arranged oriented to the reference element 1, so that only by the reflection of these mirrors 10, the vertically downwardly propagating light beams 7 are generated, which meet at a direction match on the respective detectors 6 on the rotary member 5 and thus produce a match signal.
  • a beam splitter 1 in two opposite directions to respective mirrors, in particular deflection prisms 10, which are at 180 degrees about the rotation axis 2 are arranged oriented to the reference element 1, so that only by the reflection of these mirrors 10, the vertically downwardly propagating light beams 7 are generated, which meet at a direction match on the respective detectors 6 on the rotary member 5 and thus produce a match signal.
  • FIG. 17 further shows that, in a view in the direction of the axis of rotation 2, the arrangements of light sources 3 and / or detectors 6 either on
  • Reference element 1 or the rotary member 5 may lie on a line L which intersects the axis of rotation 2 exactly.
  • FIG. 18 shows that the connecting line between the light sources 3 and the light beams 7 in a horizontal section is parallel to the reference or rotary element or the light beam
  • Detectors 6 are located on a common line L, which is spaced from the axis of rotation 2. This creates the possibility of arranging the reference element and the rotating element and, in particular, the light source / s and the detector / s, acentrically with respect to the axis of rotation, which can be structurally advantageous.
  • an evaluation electronics downstream of the one or more light detectors determines when a the coincidence of the alignments between reference and rotary element defining overlap between the laser spot and the light detector is given.
  • a control loop can be implemented, with which the deviation between a desired position of the laser spot on the detector and the current actual position is minimized, after reaching this goal, the coincidence of the orientation of the rotary element is given with the reference direction of the reference element. Accordingly, such an alignment can also be fully automated by a motor control, until the match signal is generated by the transmitter.
  • Light intensity detector is detected.
  • a maximum or a minimum light intensity is detected when the polarization direction of the polarizer is the same direction or perpendicular to the polarization direction of the vertically propagating light.
  • this criterion of minimum or maximum intensity can also be evaluated at the detector during a rotation about the axis of rotation 2 in order to determine the direction coincidence between the rotary element and the reference element.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Richtungskalibrierung eines Polarmessgerätes, insbesondere eines Laserscanners, die ein Referenzelement (1) umfasst, dass drehfest an einer Haltevorrichtung des Polarmessgerätes, insbesondere an einem Stativ, befestigbar / befestigt ist und durch welches eine Referenzrichtung (4) in einer Horizontalebene definiert ist und ein Drehelement (5) umfasst, dass mit dem Polarmessgerät drehfest ist und zusammen mit dem Polarmessgerät relativ zum Referenzelement (1) um eine vertikale Achse (2) drehbar ist und wenigstens eine optische Messvorrichtung (3, 6, 3', 6') vorgesehen ist, mittels der die Übereinstimmung einer Ausrichtung des Drehelementes (5) mit der Referenzrichtung (4) des Referenzelements (1) messbar ist, insbesondere signalisierbar ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Richtungskalibrierung eines
Polarmessgerätes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Richtungskalibrierung eines
Polarmessgerätes. Unter einem Polarmessgerät im Sinne der Erfindung wird dabei ein solches Messgerät verstanden, welches Messwerte in Abhängigkeit von Polarkoordinaten erfasst, d.h. bevorzugt in Abhängigkeit einer Winkelausrichtung in einer horizontalen Ebene und einer Winkelausrichtung in einer vertikalen
Ebene, welches bei der Messung um eine vertikale Drehachse gedreht wird.
Ein Beispiel eines solchen Polarmessgerätes ist ein Laserscanner, der einen festen Geräteteil aufweist, welcher bei einer Messwertaufnahme unbeweglich ist und z.B. mit einer Haltevorrichtung, insbesondere einem Stativ verbunden ist und einen rotierenden Geräteteil aufweist, welcher bei einer Messwertaufnahme um eine vertikale Achse relativ zum festen Gehäuseteil rotiert.
Durch diese Rotation kann die Messrichtung in einer horizontalen Ebene vorgegeben werden, wobei in dem rotierten Geräteteil weiterhin eine Sende- und Empfangsvorrichtung vorgesehen ist, mit welcher bei vorgegebenem Winkel in der Horizontalrichtung in mehreren vertikalen Winkelausrichtungen ein Laserstrahl ausgesandt und dessen Reflektionssignal erfasst wird. Dabei wird zumindest die Laufzeit des Reflektionssignals erfasst, gegebenenfalls je nach Laserscanner auch die Intensität des reflektierten Signals, so dass die Möglichkeit besteht, in Polarkoordinaten, d.h. den beiden Winkelkoordinaten in der Horizontal- und in der Vertikalebene eine dreidimensionale bildliche Erfassung der Umgebung zu realisieren.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Es ist dabei bekannt, solche Polarmessgeräte, insbesondere solche Laserscanner, mit einer Haltevorrichtung zu betreiben, mittels welcher das
Polarmessgerät, insbesondere ein Laserscanner, derart gehalten wird, dass dessen Rotationsachse, um die der bewegte Geräteteil des Laserscanners gegenüber dem unbewegten rotiert wird, exakt vertikal ausgerichtet ist. Hierfür kann beispielsweise ein Stativ zum Einsatz kommen, dessen Stativstange pendelnd gehalten ist, so dass sich diese Stange automatisch der Schwerkraft folgend lotrecht und damit vertikal ausrichtet und somit auch eine entsprechend vertikale Ausrichtung der Drehachse des rotierten Laserscannergeräteteils erfolgt.
Insbesondere mit Laserscannern dieser Art ist eine Anwendung erschlossen worden, in welcher unterirdische Kanäle und deren Verlauf erfasst werden können. Hierfür ist es beispielsweise vorgesehen, einen Laserscanner der vorbeschriebenen Art z.B. über Kopf stehend, d.h. insbesondere mit dem rotierten Geräteteil des Laserscanners nach unten hängend und mit dem festen Geräteteil mit der Haltevorrichtung verbunden dreidimensionale Umgebungsaufnahmen durchzuführen, wobei ein solcher Laserscanner durch senkrechte Kanalschächte in die Tiefe herabgelassen werden kann, wofür eine Stativsäule mit dem daran hängenden Laserscanner durch eine z.B. ebenerdige Kanalöffnung in den Kanal herabgelassen wird, um so in einer oder auch mehreren Tiefen Laserscans durchzuführen und demnach Rundumaufnahmen von der Kanal-Umgebung zu erstellen.
Es besteht so die Möglichkeit, ohne Begehung der Kanäle durch Personen Abbilder der unterirdischen Kanalführung zu erstellen.
Dabei hat es sich als problematisch erwiesen, dass zwar mit einer solchen
Anordnung Abbildungen der unterirdischen Kanalführung erstellt werden können, es jedoch aus einer solchen Aufnahme selbst nicht ersichtlich ist, in welcher Orientierung die Kanäle relativ zu einer Referenz auf der Erdoberfläche verlaufen. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Richtungskalibrierung eines Polarmessgerätes, wie beispielsweise eines
Laserscanners bereitzustellen, mit welchem die Möglichkeit gegeben ist, eine mit einem Polarmessgerät aufgenommenen Messwertserie, insbesondere eine mit einem Laserscanner aufgenommene Bildpunktwolke bzw. deren dreidimensionale Darstellung, mit einer Referenz, insbesondere einer oberirdischen Referenz zu kalibrieren, um die Messwerte bzw. die in einer bildlichen Darstellung
wiedergegebenen Informationen, die in einer bestimmten Messebene des
Polarmessgerätes aufgenommen wurden, in Relation zu setzen mit
Vergleichsdaten, insbesondere einer anderen Bildpunktwolke oder einer daraus gebildeten dreidimensionalen Wiedergabe, die aus einer anderen, insbesondere oberirdischen Messebene stammt.
Insbesondere mit Bezug auf diese Kanalanwendung, die jedoch die Erfindung nicht beschränkt, wenngleich sie eine bevorzugte Anwendung darstellt, kann demnach die in einer bildlichen Wiedergabe dargestellte Orientierung von unterirdischen Kanälen in Bezug gesetzt werden mit einem oberirdischen
Referenzbild, beispielsweise welches den Kanalschacht umgebende Gebäude zeigt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die ein
Referenzelement umfasst, das drehfest an einer Haltevorrichtung des
Polarmessgerätes, beispielsweise an einem Stativ, befestigbar ist bzw. nach einer durchgeführten Montage befestigt ist und durch welches eine Referenzrichtung in einer Horizontalebene definiert ist und die weiterhin ein Drehelement umfasst, das mit dem Polarmessgerät drehfest ist und dass zusammen mit dem
Polarmessgerät relativ zum Referenzelement um eine vertikale Achse drehbar ist und die weiterhin wenigstens eine optische Messvorrichtung, insbesondere elektrooptische Messvorrichtung, aufweist, mittels der die Übereinstimmung einer Ausrichtung des Drehelements mit der Referenzrichtung des Referenzelementes messbar ist, insbesondere signalisierbar ist. Das Drehelement kann z.B. am Polarmessgerät drehfest befestigbar bzw. nach einer Montage befestigt sein oder zumindest an das Polarmessgerät drehfest gekoppelt sein, wenn es nicht mittelbar oder unmittelbar an diesem befestigt ist.
Verfahrensgemäß wird demnach die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein
Referenzelement drehfest an/in einer Haltevorrichtung des Polarmessgerätes, wie beispielsweise an/in einem Stativ angeordnet ist oder wird, insbesondere befestigt ist oder wird, wobei durch das Referenzelement eine Referenzrichtung in einer Horizontalebene definiert wird und dass weiterhin ein Drehelement an/in dem Polarmessgerät drehfest angeordnet ist oder wird, welches zusammen mit dem Polarmessgerät relativ zum Referenzelement um eine vertikale Achse gedreht wird, wobei mittels wenigstens einer optischen Messvorrichtung, insbesondere elektrooptische Messvorrichtung, die Übereinstimmung der Ausrichtung des Drehelementes mit der Referenzrichtung des Referenzelementes gemessen wird.
Referenzelement und Drehelement können in der Ausführung z.B. zur
Halte Vorrichtung und/oder zum Polarmessgerät separate Bauteile sein, die an diesen befestigt sind bzw. befestigbar sind bzw. zumindest drehfest angekoppelt sind. Diese Elemente können jedoch auch einen integralen Bestandteil von
Haltevorrichtung und/oder Polarmessgerät bilden, z.B. das Referenzelement als integrales Teil der Haltevorrichtung und das Drehelement als integrales Teil des Polarmessgerätes. Wesentlich ist es für alle Ausführungen lediglich, dass die elektrooptische Messvorrichtung einen optischen Strahlengang aufweist und sowohl Drehelement als auch Referenzelement zumindest teilweise in diesen Strahlengang eingebunden sind, z.B. dadurch, dass eines oder beide der
Elemente zumindest ein Bauelement der Messvorrichtung tragen oder bilden, damit sich durch Drehung von zumindest einem der Elemente der Strahlengang der Messvorrichtung ändert. Als tragendes Element können Referenzelement / Drehelement z.B. als Stab, Platte oder sonstige Trägerkonstruktion ausgebildet sein. Die körperliche Ausbildung dieser Elemente ist durch die Erfindung nicht beschränkt. Auch eine optische Messvorrichtung kann zumindest teilweise integral in der Haltevorrichtung und/oder dem Polarmessgerät ausgebildet sein. Es wird jedoch immer einen Teil des Strahlenganges der Messvorrichtung geben, der sich zwischen Polarmessgerät und Haltevorrichtung bzw. zwischen Referenzelement und Drehelement erstreckt, um eine Beeinflussung des Strahlenganges durch eine relative Drehung zu erzielen.
Es besteht so erfindungsgemäß die Möglichkeit, mit einem Polarmessgerät, beispielsweise einem Laserscanner, in einer ersten horizontalen Ebene eine Referenzmessung, insbesondere eine dreidimensionale Bildaufnahme zu erstellen, die sich an der eingestellten Referenzrichtung orientiert, welche durch das Referenzelement vorgegeben ist.
Hierfür kann ein Referenzelement an einem während der Messung ortsfest verbleibenden Teil der Haltevorrichtung, z.B. einem Stativ, befestigt werden. Es kann vorgesehen sein, dass allein durch die Befestigung die Referenzrichtung definiert ist oder es kann in einer Ausführung auch vorgesehen sein, dass das Referenzelement um eine vertikale Drehachse zunächst an der Haltevorrichtung drehbar in eine gewünschte Referenzrichtung eingestellt werden kann und sodann drehfest mit der Haltevorrichtung verbunden wird, um diese Referenzrichtung zu fixieren.
Erfindungsgemäß ist es sodann für eine erste Messung vorgesehen, das
Polarmessgerät, insbesondere einen Laserscanner, durch Drehung um die vertikale Achse derart auszurichten, dass eine Übereinstimmung der Ausrichtung des Drehelementes, welches mit dem Polarmessgerät verbunden ist, mit der Referenzrichtung des Referenzelementes gegeben ist, was gemäß der Erfindung durch eine optische Messvorrichtung, insbesondere elektrooptische
Messvorrichtung, messbar ist und insbesondere signalisierbar ist.
So erhält eine z.B. in einer ersten Ebene aufgenommene Messung insbesondere eine mit einem Laserscanner oberirdisch aufgenommene dreidimensionale
Bilddarstellung einen Bezug zu der festgelegten Referenzrichtung des Referenzelementes und es besteht sodann weiterhin die Möglichkeit, weitere Messwerterfassungen mit dem Polarmessgerät, insbesondere weitere
Bilderfassungen mit einem Laserscanner, in anderen horizontalen Ebenen, beispielsweise nach Hineinfahren in einen Kanalschacht vorzunehmen, wofür es vorgesehen ist bei jeder Messung mittels der optischen Messvorrichtung eine Übereinstimmung der Ausrichtung des Drehelementes mit der Referenzrichtung des Referenzelementes festzustellen und somit Messwerte, insbesondere eine 3D-Bilddarstellung, in einer anderen horizontalen Ebene zu erfassen, die hinsichtlich der Ausrichtung mit der vorherigen Messung korreliert ist.
Betrachtet man in der Anwendung bei der optischen Kanalvermessung demnach eine dreidimensionale Bilddarstellung, die aus einer Kanaltiefe gewonnen wurde, so kann der Verlauf unterirdischer Kanäle oder die Orientierung von
Kanalmündungen in einen Bezug gesetzt werden mit einer oberirdischen
Bilddarstellung, welche beispielsweise die Gebäude um den Kanalschacht herum zeigt, zu denen die unterirdischen Kanäle verlaufen. Beispielsweise kann so mit Bezug auf einen Laserscanner eine Nullrichtung, d.h. ein Drehwinkel um die Vertikaldrehachse des Laserscanners festgelegt werden, die in allen einstellbaren Horizontalebenen des Laserscanners durch Verschiebung eines Halteelementes der Haltevorrichtung, beispielsweise einer Stativsäule, erzielt werden kann.
Beispielsweise besteht so die Möglichkeit, ein einziges oberirdisches Bild, mit einer Referenzausrichtung beispielsweise als Nullgradposition und somit als Start der vertikalen Drehung aufzunehmen und wenigstens eine, gegebenenfalls mehrere Messwertaufnahmen, in verschiedenen Horizontalebenen nach
Hineinfahren in einen vertikal verlaufenden Schacht vorzunehmen, so dass jede der dort gewonnenen dreidimensionalen Rundumsichten in der selben
Nullgradrichtung als Referenzausrichtung beginnt oder auf die
Referenzausrichtung zurückgerechnet werden kann, wenn in jeder der
eingestellten Horizontalebenen vor Beginn der Aufnahme oder auch während der Aufnahme die Übereinstimmung einer Ausrichtung des Drehelementes mit der Referenzrichtung des Referenzelementes festgestellt wird mit Hilfe der optischen Messvorrichtung.
Hierbei ist es ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, dass die Übereinstimmung der Ausrichtung des Drehelementes mit der Referenzrichtung des
Referenzelementes rein optisch mit einer optischen Messvorrichtung erfolgt und somit jegliche mechanische Kopplung zwischen diesen Elementen entfallen kann.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, mittels einer optischen Messvorrichtung wenigstens eine optische Messstrecke der Messvorrichtung in vertikaler Richtung zwischen Drehelement und Referenzelement auszubilden, so dass diese optische Messstrecke zur Feststellung der Übereinstimmung zwischen der Ausrichtung des Drehelementes und der Referenzrichtung herangezogen werden kann,
unabhängig davon, welche Höhenlage das Polarmessgerät relativ zum
Referenzelement einnimmt. Diese Unabhängigkeit ergibt sich erfindungsgemäß durch die vertikale Messstrecke, die sich bei einer Änderung der Horizontalebene des Polarmessgerätes allenfalls in der Länge ändert, aber nicht in der Richtung. Erfindungsgemäß kann demnach die Übereinstimmung der Ausrichtung des Drehelementes mit der Referenzrichtung des Referenzelementes für alle möglichen Absenktiefen des Polarmessgerätes, insbesondere des Laserscanners, festgestellt werden.
Erfindungsgemäß wird es dabei als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die optische Messvorrichtung ausgebildet ist durch wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens einen Lichtdetektor, wobei zwischen dem Referenzelement und dem Drehelement wenigstens eine Messstrecke als Lichtpropagationsstrecke
ausgebildet ist, in welcher der wenigstens eine Lichtstrahl, der durch die
wenigstens eine Lichtquelle erzeugt ist, in einem Bereich zwischen Referenz- und Drehelement vertikal propagiert und wobei der wenigstens eine Lichtdetektor oder eine diesem nachgeschaltete Elektronik bei einer Übereinstimmung der
Ausrichtung des Drehelementes mit der Referenzrichtung des Referenzelementes ein Übereinstimmungssignal erzeugt. Eine solche Übereinstimmung kann bevorzugt dann vorliegen, wenn der wenigstens eine vertikal propagierende Lichtstrahl den wenigstens einen Lichtdetektor zumindest zum Teil, bevorzugt in einer vorbestimmten Lage trifft.
Hierbei ist es für die Messung und die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das Verfahren unerheblich, ob der wenigstens eine erzeugte Lichtstrahl vom
Referenzelement in Richtung zum Drehelement propagiert und somit aufgrund der ortsfesten Anordnung des Referenzelementes ebenso ortsfest ist oder aber ob in umgekehrter Richtung der wenigstens eine Lichtstrahl von dem Drehelement in Richtung zum Referenzelement propagiert und somit mit dem Drehelement der Lichtstrahl bewegt werden kann, insbesondere um eine vertikale Achse.
Wesentlich ist jeweils, dass nur in einer bestimmten Winkelstellung der relativen Drehlage zwischen Referenzelement und Drehelement der wenigstens eine Lichtstrahl den wenigstens einen Lichtdetektor trifft und ein
Übereinstimmungssignal erzeugt.
Ein solches Übereinstimmungssignal kann dabei zwischen Drehelement und Referenzelement auch übertragen werden, je nach dem an welchem Element eine Elektronik zu Erzeugung des Signales vorgesehen ist. Die Übertragung kann z.B. drahtlos per Funk erfolgen, z.B. mittels einer Bluetooth-Verbindung oder auch optisch z.B. über den Lichtstrahl der zwischen den Elementen propagiert.
In einer möglichen Ausführungsform kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass der in vertikaler Richtung zwischen Referenz- und Drehelement
propagierende wenigstens eine Lichtstrahl durch einen Laserlichtstrahl
ausgebildet ist, wobei in dieser Ausführung mittels eines Lichtdetektors die
Übereinstimmung zwischen der Ausrichtung des Drehelementes und der
Referenzrichtung des Referenzelementes festgestellt werden kann.
Beispielsweise kann hier ein Lichtdetektor oder aber eine diesem nachgeschaltete Elektronik ein Übereinstimmungssignal generieren, welches sich dadurch ergibt, dass der in vertikaler Richtung propagierende Lichtstrahl nach Durchlaufen seiner Propagationsstrecke zwischen Referenz- und Drehelement auf den Lichtdetektor trifft und somit dieses Ereignis messtechnisch feststellbar ist.
Die Übereinstimmung zwischen der Ausrichtung des Drehelementes und der Referenzrichtung des Referenzelementes kann dabei beispielsweise in einfachster Ausführung schon mit einem einzigen Laserlichtstrahl erfolgen, der von einer Laserlichtquelle zu einem Lichtdetektor in vertikaler Richtung propagiert oder aber auch durch mehrere Lichtstrahlen, die jeweils auf einen Detektor treffen, wobei eine Übereinstimmung der Ausrichtung aus dem gleichzeitigen Auftreten eines Übereinstimmungssignals aller beteiligter Detektoren gewonnen werden kann, wobei jeder der beteiligten Laserlichtstrahlen, die vertikal propagieren z.B. durch eine eigene jeweilige Laserlichtquelle erzeugt sein kann oder aber auch durch eine einzige Laserlichtquelle nach entsprechender Strahlaufteilung.
In einer alternativen Ausführung einer optischen Messvorrichtung kann es beispielsweise vorgesehen sein, als Lichtdetektor eine Kamera einzusetzen, mit welcher innerhalb des Kamerabildes, insbesondere innerhalb einer festgelegten Sollposition des Kamerabildes, das Auftreten eines Lichtsignals, z.B. eines vorbestimmten Lichtmusters detektiert wird, welches in vertikaler Richtung zwischen Drehelement und Referenzelement propagiert bzw. projiziert wird und auf die Kamera trifft.
Beispielsweise kann es hier vorgesehen sein, eine Kamera am Referenzelement ortsfest anzubringen und mit dem Drehelement eine Lichtquelle zu rotieren (oder umgekehrt), die in vertikaler Richtung ein Lichtbündel aussendet, z.B. dessen Querschnitt senkrecht zur Propagationsrichtung ein vorbestimmtes Muster beschreibt und durch Bildauswertung festzustellen, wann dieses Muster innerhalb des Kamerabildes in einer vorbestimmten Sollposition erscheint. Ist dies der Fall, so ist die Übereinstimmung zwischen der Ausrichtung des Drehelementes und der Referenzrichtung des Referenzelementes gegeben. Unabhängig von der konkreten Ausbildung von Lichtquelle und Lichtdetektor ist es jeweils notwendig, dass zumindest die optische Achse eines ausgesandten Lichtstrahls ggfs. auch die optische Achse eines den Lichtstrahl detektierenden Lichtdetektors bei den Messungen exakt vertikal ausgerichtet sind. Hierfür kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass jede Lichtquelle und/oder jeder
Lichtdetektor selbstnivellierend angeordnet sind am Referenzelement bzw.
Drehelement, um diese notwendige vertikale Ausrichtung der jeweiligen optischen Achsen automatisiert zu gewährleisten. Unter der optischen Achse eines divergenten Lichtbündels kann insbesondere die Winkelhalbierende zwischen den Randstrahlen des Bündels verstanden werden.
In einer möglichen alternativen Ausgestaltung der Vorrichtung kann es
vorgesehen sein, dass beispielsweise das Drehelement an einem Geräteteil des Polarmessgerätes befestigbar bzw. befestigt ist, das im Messbetrieb des
Polarmessgerätes zu dessen vertikaler Drehachse und zur Haltevorrichtung drehfest ist und dass das Drehelement vor dem Start einer Messwerterfassung mit dem Polarmessgerät in die Referenzrichtung drehbar ist, beispielsweise von Hand oder aber auch automatisiert durch einen motorischen Antrieb, wobei es in einer bevorzugten Ausführung sodann vorgesehen sein kann, dass die optische
Messvorrichtung eingerichtet ist, die Übereinstimmung der Ausrichtung des Drehelementes mit der Referenzrichtung des Referenzelementes zu signalisieren. Die Befestigung am bei der Messung nicht drehenden Geräteteil kann unmittelbar an diesem erfolgen oder auch mittelbar über ein Element, dass mit dem Geräteteil drehfest ist, z.B. an einem Halteelement, wie beispielsweise die Stativstange.
Bei einer motorisierten Ausgestaltung dieser Variante kann es vorgesehen sein, einen Motor zwischen der Stativstange und dem im Messbetrieb nicht drehenden Geräteteil anzuordnen, mit dem, insbesondere automatisiert, das im Betrieb nicht drehende Geräteteil relativ zur ebenso im Betrieb nicht drehenden Stativstange vor einer Messung gedreht werden kann, um die Übereinstimmung zwischen der Ausrichtung des Drehelementes und der Referenzrichtung zu erzielen. Bei einer manuellen oder auch motorisierten Einstellung des Drehelementes in Übereinstimmung mit der Referenzrichtung des Referenzelementes kann es vorgesehen sein, dass die optische Messvorrichtung ein akustisches oder optisches Signal oder auch triggerndes Signal bereitstellt, um die
Übereinstimmung der Ausrichtungen einem Benutzer der Vorrichtung bekannt zu geben. Ein Benutzer kann sodann in dieser aufgefundenen Übereinstimmung der Ausrichtung von Drehelement und Referenzelement eine Messwertaufnahme starten. Durch ein triggerndes Signal kann die Messwertaufnahme auch automatisch gestartet werden, wenn zuvor motorisch die Übereinstimmung zwischen der Ausrichtung des Drehelementes mit der Referenzrichtung gefunden wurde.
Es kann ebenso vorgesehen sein, dass mittels einer motorischen Anordnung der bei einer Messung um die vertikale Drehachse des Polarmessgerätes still stehende Geräteteil relativ zum Referenzelement bzw. zur Haltevorrichtung motorisch gedreht wird, wobei die Ansteuerung des Motors zum Drehen solange erfolgt, bis die optische Messvorrichtung die Übereinstimmung der Ausrichtung des Drehelementes mit der Referenzrichtung signalisiert, wobei in diesem
Augenblick die Ansteuerung des Motors abgeschaltet wird und das Drehelement in der so aufgefundenen Position verbleibt, wonach die Messwerterfassung mit dem Polarmessgerät gestartet werden kann, entweder manuell oder ebenso automatisiert.
Bei einer solchen Ausführung kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass das Drehelement zusammen mit dem Polarmessgerät beispielsweise durch
Verschiebung eines Halteelementes der Haltevorrichtung, wie z.B. einer pendelnd gehaltenen Stativsäule in unterschiedlichen Abständen zum Referenzelement eingestellt werden kann, so dass je nach Abstand zwischen Drehelement und Referenzelement sich auch die optische Lichtpropagationsstrecke zwischen Drehelement und Referenzelement in der Länge ändert. Dies ist jedoch unproblematisch, da aufgrund der exakt vertikalen Ausrichtung der
Lichtpropagationsstrecke und einer bevorzugt pendelnden Aufhängung des Polarmessgerätes gewährleistet ist, dass die Lichtpropagationsstrecke exakt parallel zur Drehachse des Polarmessgerätes liegt.
Gerade dies ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens, da unabhängig vom Abstand zwischen Drehelement und
Referenzelement und somit unabhängig von der Höhenlage des
Polarmessgerätes relativ zur Haltevorrichtung immer mit derselben optischen Messvorrichtung die Übereinstimmung der Ausrichtung des Drehelementes mit der Referenzrichtung messtechnisch erfasst werden kann, da sich in dieser Ausführung die optische Messvorrichtung, insbesondere die Länge der
Propagationsstrecke automatisch anpasst.
In einer anderen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, dass das
Drehelement und das Referenzelement in vertikaler Richtung zueinander ortsfest sind, demnach also das Drehelement bei einer Änderung der Höhenlage des Polarmessgerätes, z.B. durch Verstellung oder Verschiebung eines
Halteelementes, insbesondere einer Stativsäule, seine eigene Höhenlage nicht ändert.
Hierbei ist es sodann weiterhin vorgesehen, dass das Drehelement mit einem in vertikaler Richtung der Haltevorrichtung verschieblichen Halteelement, also beispielsweise einer Stativsäule, eines Statives drehgekoppelt ist, was bedeutet, dass durch Drehung der Stativsäule auch das Drehelement gegenüber dem Referenzelement verdreht wird, beispielsweise wenn das Polarmessgerät zusammen mit der Stativsäule um die vertikale Achse gedreht wird, entweder manuell oder automatisiert motorisch.
In einer solchen Ausführung kann es weiterhin vorgesehen sein, dass das
Halteelement in vertikaler Richtung durch das Drehelement hindurch verschieblich ist. Somit lassen sich demnach Drehelement und Halteelement, insbesondere die Stativsäule, bei dieser Ausführung in einer Dimension, nämlich in Höhenrichtung relativ zueinander verschieben, wobei bei einer Drehung das Drehelement an die Stativsäule gekoppelt ist.
Beispielsweise kann dies dadurch erzielt werden, dass eine Stativsäule mit ihrer Manteloberfläche in Wirkverbindung steht mit dem Drehelement, z.B. eine
Längsnut aufweist, in die ein Vorsprung des Drehelementes eingreift, so dass bei einer Längsverschiebung der Stativsäule, also einer Verschiebung in
Höhenrichtung, die Stativsäule am Drehelement vorbeigeschoben werden kann, bei einer Drehung um die vertikale Achse jedoch das Drehelement durch den bestehenden Eingriff mitgeführt wird.
Bei einer solchen Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann diese beispielsweise vollständig oberirdisch an einer Haltevorrichtung, insbesondere an einem Stativ montiert werden, was aufgrund des gleichbleibenden, insbesondere geringen Abstands zwischen Drehelement und Referenzelement eine hohe
Messgenauigkeit garantiert, jedoch die koppelnde Wirkverbindung zwischen Drehelement und Stativsäule bei einer Drehung um die Vertikalachse bedingt.
In anderer alternativer Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, dass das Drehelement an einem Geräteteil des Polarmessgerätes befestigbar bzw. befestigt ist, das im Messbetrieb des Polarmessgerätes um dessen vertikale Drehachse und relativ zur Haltevorrichtung gedreht wird, wobei das Drehelement während einer Messwerterfassung mit dem Polarmessgerät zusammen mit dessen drehenden Geräteteil wenigstens einmal durch die Referenzrichtung
hindurchdrehbar ist, wobei die optische Messvorrichtung eingerichtet ist, die Übereinstimmung der Ausrichtung des Drehelementes mit der Referenzrichtung des Referenzelementes während der Drehung zu signalisieren.
Bei dieser Ausführung bedarf es nicht einer vorherigen Justage des
Polarmessgerätes vor dem Start einer Messung derart, dass die Ausrichtung des Drehelementes mit der Referenzrichtung des Referenzelementes übereinstimmt. Vielmehr wird automatisch während einer Messung, bei der das Drehelement mit dem rotierenden Teil des Polarmessgerätes um die vertikale Achse mitrotiert, automatisch durch die optische Messvorrichtung bzw. eine nachgeschaltete Elektronik festgestellt, wenn eine Übereinstimmung zwischen der Ausrichtung des Drehelementes und der Referenzrichtung des Referenzelementes vorliegt und dies durch ein erzeugtes Signal signalisiert.
Dieses Signal der Übereinstimmung der beiden Ausrichtungen kann
beispielsweise zusammen mit den Messwerten, welche das Polarmessgerät erfasst, aufgenommen und gespeichert werden, so dass innerhalb der Messwerte des Polarmessgerätes ein Messwertepaar identifiziert ist, das zum Zeitpunkt der Übereinstimmung der Ausrichtung des Drehelementes mit der Referenzrichtung des Referenzelementes aufgenommen wurde, so dass sämtliche Messwerte auf den so festgestellten Winkel in der Horizontalebene als Startwinkel umgerechnet werden können.
Hierfür kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass das Signal, welches die optische Messvorrichtung oder eine nachgeschaltete Elektronik bereitstellt, einer Schnittstelle des Polarmessgerätes zugeführt wird, um so die Richtungsreferenz wenigstens einem Messwertepaar aus Polarkoordinaten zuzuordnen. Da dies bei der eingangs beschriebenen Kanalanwendung sowohl bei einer oberirdischen dreidimensionalen Aufnahme mit einem Laserscanner erfolgen kann sowie auch bei wenigstens einer unterirdischen Aufnahme, besteht die Möglichkeit, anhand der jeweils in den Messwerten identifizierten Messwertepaare die beiden
Aufnahmen hinsichtlich ihrer Richtung in der Horizontalebene miteinander zu korrelieren, z.B. durch Umrechnung der Winkel in der Horizontalebene auf einen jeweiligen Startwinkel, der durch das erzeugte Signal identifiziert ist.
Sofern es bei einem Laserscanner vorgesehen ist, die Winkel in horizontaler und vertikaler Richtung in Zeitschritten zu sampeln, kann es demnach ebenso vorgesehen sein, das Übereinstimmungssignal der Ausrichtungen zwischen Drehelement und Referenzelement zeitlich zu erfassen und demnach über den Zeitstempel sowohl bei dem Signal der Messvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie auch des Polarmessgerätes diejenigen horizontalen
insbesondere auch vertikalen Messwinkel des Polarmessgerätes aufzufinden, die zum Zeitpunkt der Übereinstimmung der Ausrichtung von Drehelement und Referenzelement erfasst wurden.
Besonders in dieser Ausführung, bei welcher die Übereinstimmung zwischen der Ausrichtung des Drehelementes mit der Referenzrichtung des Referenzelementes quasi„on the fly" während der Messwerterfassung festgestellt wird, wird das Drehelement zusammen mit dem Polarmessgerät in vertikaler Richtung relativ zum Referenzelement verschieblich angeordnet sein, so dass dieses durch Verschiebung des Halteelementes, insbesondere einer Stativstange eines Stativs, seinen Abstand zum Referenzelement ändert. Aufgrund der vertikalen Ausbreitung des wenigstens einen Lichtstrahls innerhalb der optischen Messvorrichtung ist dies jedoch unkritisch.
Bei einer Ausbildung der optischen Messvorrichtung mit wenigstens einer
Laserlichtquelle und wenigstens einem Laserlichtdetektor kann es vorgesehen sein, dass aufgrund des Querschnittes des Laserlichtes und der Überlappung mit einer Detektorfläche diese Detektorfläche eine Ortsauflösung bereitstellt, um die Lage des projizierten Laserflecks des sich vertikal ausbreitenden Laserlichtstrahls innerhalb der Gesamtfläche des Lichtdetektors detektieren zu können und so z.B. auszuwerten, wann der Laserfleck eine vorbestimmte Sollposition einnimmt.
Hierfür kann beispielsweise ein Lichtdetektor als flächiger Sensor mit einer Ortsauflösung von jeweils einer Vielzahl von Pixeln ausgebildet sein, so dass beispielsweise ein solcher Laserdetektor durch einen zweidimensionalen
Kamerachip realisiert sein kann.
Des weiteren besteht auch die Möglichkeit, einen Lichtdetektor als
Quadrantendetektor auszubilden, um so die relative Lage zwischen dem
projizierten Lichtfleck des Laserstrahls relativ zu den einzelnen Detektorquadranten durch Bestimmung der jeweils in den Quadranten aufgenommenen Lichtintensität festzustellen.
Ebenso kann jegliche andere Anordnung als Lichtdetektor eingesetzt werden, die es gestattet, mit hinreichender Genauigkeit die Lage eines projizierten Laserflecks innerhalb des Lichtdetektors zu bestimmen und hieraus ein
Übereinstimmungssignal zu generieren, anhand dessen die Übereinstimmung der Ausrichtung des Drehelementes und der Referenzrichtung des
Referenzelementes signalisiert werden kann.
In einer möglichen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, zwischen
Referenz- und Drehelement jeweils mehrere vertikale Lichtstrahlen, insbesondere mehrere vertikale Laserstrahlen auszubilden und jedem der Laserstrahlen wenigstens einen Lichtdetektor zuzuordnen, wobei wie eingangs beschrieben jeder der Laserstrahlen durch eine eigene Laserlichtquelle oder aber auch nach Strahlteilung durch eine einzige Laserlichtquelle erzeugt sein kann.
Hier besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Lichtdetektoren und/oder
Lichtquellen alle in einer Linie anzuordnen, welche z.B. die Drehachse des
Polarmessgerätes schneidet. In alternativer Ausgestaltung kann die Anordnung auch derart gewählt sein, dass die Linie, auf welcher die jeweiligen
Lichtdetektoren und/oder Lichtquellen liegen, zur Drehachse des
Polarmessgerätes versetzt ist, was eine azentrische Anordnung von
Referenzelement und/oder Drehelement mit Bezug zu einem Halteelement einer Haltevorrichtung, insbesondere einer Stativsäule gestattet.
Bei Einsatz mehrerer Lichtstrahlen, insbesondere Laserlichtstrahlen, kann es unabhängig von der Anzahl der diese generierenden Laserlichtquellen vorgesehen sein, dass auch die Schnittpunkte der Laserstrahlen mit einer horizontalen Ebene alle in einer Linie liegen, welche gemäß der vorgenannten ersten Ausführung die Drehachse des Polarmessgerätes schneidet oder gemäß der zweiten Ausführung zur Drehachse des Polarmessgerätes genauso versetzt ist wie die Lichtdetektoren.
In einer wiederum anderen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, dass mit der wenigstens einen Laserlichtquelle wenigstens ein vertikal propagierender Lichtstrahl erzeugt ist, der in einer Ebene aufgefächert ist, die parallel zur
Drehachse des Polarmessgerätes liegt oder in besonders bevorzugter
Ausführung, in welcher die Drehachse des Polarmessgerätes angeordnet ist.
Beispielsweise kann eine solche Auffächerung durch eine Zylinderlinse oder einen zylindrischen Hohlspiegel erzeugt sein, die oder der im Propagationsweg eines Laserlichtstrahls angeordnet ist. In einem solchen Fall kann es vorgesehen sein, die beispielsweise vom Referenzelement in Richtung des Drehelementes oder auch umgekehrt projizierte Linie des Laserstrahls mittels mehreren in einer Linie hintereinander angeordneten Lichtdetektoren oder einem Zeilendetektor zu detektieren, dessen Detektorzeile bei Übereinstimmung der Ausrichtung von Drehelement und Referenzelement exakt in Richtung der projizierten
Laserlichtlinie liegt. Generieren demnach alle in dieser Linie liegenden
Lichtdetektoren bzw. der Zeilendetektor insgesamt mit allen seinen
lichtempfindlichen Elementen ein Ausgangssignal, so ist hierdurch die
Übereinstimmung der Ausrichtung von Drehelement und Referenzrichtung des Referenzelementes festgestellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat hier auch weiterhin den Vorteil, dass sie mit bereits bestehenden Messvorrichtungen umfassend ein Stativ und einen Laserscanner zum Einsatz gebracht werden kann, da erfindungsgemäße
Vorrichtungen gemäß einem besonderen Vorteil nachrüstbar an solchen
Messanordnungen sind.
So muss beispielsweise lediglich ein Referenzelement fest mit dem Stativ, insbesondere dem oberirdischen Teil eines Stativs verbunden werden, wohingegen beispielsweise das Drehelement unmittelbar am Laserscanner befestigt wird, entweder an dessen drehenden oder nicht drehenden Geräteteil.
So kann durch Befestigung dieser Elemente an einer derartigen vorhandenen Messvorrichtung eine entsprechende Nachrüstung erfolgen, welche die
Übertragung der Referenzrichtung des Referenzelementes von der oberirdischen Seite des Stativs problemlos aufgrund der optischen Messvorrichtung in die Tiefe zu einem Laserscanner am unteren Ende einer Stativsäule gestattet.
Mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend näher beschrieben, wobei die diskutierten Figuren unter Weglassung der Darstellung des Polarmessgerätes und der Haltevorrichtung, also beispielsweise eines
Laserscanners und eines Stativs zu dessen Halterung lediglich das
Referenzelement, das Drehelement sowie die optische Messvorrichtung, umfassend wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens einen Lichtdetektor beschreiben.
Die Figur 1 zeigt eine einfache Anordnung eines Referenzelementes 1 , welches ortsfest z.B. oberirdisch an einem Stativ befestigbar ist, welches einen
Laserscanner an seiner Stativsäule trägt. Durch die ortsfeste Befestigung des Referenzelementes 1 verbleibt dieses nach Aufstellen des Stativs in seiner einmal eingestellten Lage, die entweder durch das Aufstellen des Stativs unmittelbar definiert ist oder z.B. von einem Benutzer definiert wird durch Drehung des
Referenzelementes relativ zum Stativ in eine gewünschte Lage, die sodann fixiert wird.
Bei der hier dargestellten Anordnung wird eine Referenzrichtung definiert, die sich z.B. ergibt durch den Schnittpunkt der Drehachse 2, die der vertikalen Drehachse des Laserscanners bzw. auch der Stativsäule entsprechen kann, welche pendelnd am Stativ befestigt ist mit dem Referenzelement 1 sowie dem Ort der hier an dem Referenzelement 1 befestigten Lichtquelle, insbesondere Laserlichtquelle, 3. Die Verbindungslinie zwischen diesem Schnittpunkt und der Lichtquelle 3 stellt demnach eine Referenzrichtung in einer Horizontalebene dar, die hier symbolisch durch den Pfeil 4 dargestellt ist. Diese Referenzrichtung in einer horizontalen Ebene, nämlich derjenigen, in welcher das Referenzelement liegt, kann bei einem Laserscanner z.B. die Null-Grad-Richtung definieren, von welcher ausgehend ein Laserscan gestartet wird. Dabei ist die exakte Richtung hinsichtlich
Richtungsparameter wie Winkelangaben im Erdkoordinatensystem uninteressant.
Um einen Scan zu starten, ist es hier vorgesehen, das Drehelement 5, welches am Laserscanner, hier insbesondere an dessen während der Messung nicht drehenden Teil befestigt ist, durch Rotation des noch nicht messenden
Laserscanners um die Drehachse 2 zu drehen, bis dass dessen Detektor 6, welcher von der Drehachse 2 denselben radialen Abstand hat wie die Lichtquelle 3 an dem Referenzelement so angeordnet ist, dass der von der Lichtquelle 3 in vertikaler Richtung zum Drehelement 5 projizierte Lichtstrahl, insbesondere Laserlichtstrahl 7 auf die lichtempfindliche Fläche des Detektors 6 auftrifft und hierdurch ein Übereinstimmungssignal erzeugt wird, beispielsweise durch
Messung der Lichtintensität, die von dem Detektor 6 gemessen wird, so dass dieses Übereinstimmungssignal anzeigt, wann das Drehelement 5 eine
Ausrichtung gemäß dem Pfeil 8 aufweist, die exakt mit der Referenzrichtung des Pfeils 4 des Referenzelementes übereinstimmt.
Bei der hier dargestellten Anordnung wird eine Ausrichtung des Drehelementes 5 definiert, die sich z.B. ergibt durch den Schnittpunkt der Drehachse 2, die der vertikalen Drehachse des Laserscanners bzw. auch der Stativsäule entsprechen kann, welche pendelnd am Stativ befestigt ist mit dem Drehelement 5 sowie dem Ort des hier an dem Drehelement 5 befestigten Detektors 6. Die Verbindungslinie zwischen diesem Schnittpunkt und dem Detektor 6 stellt demnach die Ausrichtung 8 des Drehelementes 5 dar,
Nach Erzielen dieser Übereinstimmung, die manuell oder auch mit einem motorischen Antrieb zum Drehen des Laserscanners relativ zum Referenzelement 1 erreicht werden kann, kann der Laserscan somit gestartet werden, der sodann in Null-Grad-Richtung bezogen auf die Horizontalebene beginnt, die in Richtung der Referenzrichtung 4 liegt oder zumindest zu der ein feste Lage einnimmt.
Wird bei dieser Konfiguration beispielsweise ein oberirdisches Bild mit dem
Laserscanner aufgenommen, so kann jedes unterirdische Bild, welches nach Herablassen des Laserscanners in einen Kanal aufgenommen wird, in Relation zu diesem Bild des oberirdischen Bereichs gesetzt werden, dadurch dass vor jeder Aufnahme eines unterirdischen Bildes dieselbe Ausrichtung 8 des Drehelementes
5 in Richtung der Referenzrichtung 4 vorgenommen wird, die für jede weitere Messung in gleicher Weise wie zuvor dadurch aufgefunden werden kann, dass der in vertikaler Richtung propagierende Lichtstrahl 7 auf den Detektor 6 des
Drehelementes trifft.
Neben der hier beschriebenen Ausrichtung des Laserscanners vor dem Beginn einer Messung kann es alternativ ebenso vorgesehen sein, das Drehelement 5 an dem während einer Messung um die Vertikalachse 2 rotierenden Teil des
Laserscanners zu befestigen, so dass eine Messung ohne vorherige Ausrichtung des Laserscanners in jeder beliebigen Lage gestartet werden kann und bei der Messwerterfassung der Messwerte des Laserscanners gleichzeitig das Signal der optischen Messvorrichtung, hier insbesondere ein Intensitätssignal des
Lichtdetektors 6 erfasst wird, das zeitlich zusammen mit den Messwerten des Laserscanners mitgeschrieben wird, um sodann während der Messung
festzustellen, wann die Übereinstimmung zwischen den Richtungen 8 und 4 von Drehelement und Referenzelement gegeben ist, nämlich insbesondere dann, wenn das Intensitätsmaximum der gemessenen Lichtintensität zu einem Detektor
6 aufgetreten ist.
Da dieses Übereinstimmungssignal, hier insbesondere das Intensitätsmaximum, bei jedem einzelnen Laserscan mitgeschrieben wird, besteht demnach ohne Weiteres die Möglichkeit, die einzelnen dreidimensionalen Bildaufnahmen des Laserscanners auf dasjenige Winkelwertepaar in der Ausrichtung zu normieren, bei welchem gleichzeitig das Übereinstimmungssignal des Lichtdetektors 6 erfasst wurde. Auch so kann erfindungsgemäß jede unterirdische Kanalaufnahme hinsichtlich seiner Richtung korreliert werden an eine oberirdische Aufnahme, welches beispielsweise die Gebäude zeigt, welche den Kanalschacht umgeben, in den der Laserscanner an der Stativsäule herabgelassen wurde.
Die weiteren Figuren beschreiben im Wesentlichen Abwandlungen der optischen Messvorrichtung bei gleicher möglicher Anordnung von Referenzelement 1 und Drehelement 5 bezüglich Haltevorrichtung bzw. Stativ und Polarmessgerät bzw. Laserscanner.
Die Figur 2 ist gegenüber der Figur 1 lediglich dadurch abgewandelt, dass in der Ausrichtung 8 des Drehelementes 5, welche durch den Schnittpunkt der
Drehachse 2 mit diesem Element und dem Detektor 6 gegeben ist, nicht nur ein Detektor 6 angeordnet ist, sondern noch ein weiterer Detektor 6', der um die Drehachse 2 herum um 180 Grad versetzt zum Lichtdetektor 6 angeordnet ist. Es ergeben sich demnach zwei Positionen, in welchen sich eine Überdeckung zwischen dem von dem Lichtstrahl 7 erzeugten Lichtfleck und einem beleuchteten Detektor 6 oder 6' ergibt, wodurch demnach zwei zueinander antiparallele
Ausrichtungen relativ zur Referenzrichtung 4 des Referenzelementes 1 detektiert werden können.
In ähnlicher Weise zeigt die Figur 3 die Anordnung von zwei Lichtquellen 3 bzw. 3', die in einer 80 Gradorientierung um die Drehachse 2 herum am
Referenzelement 1 angeordnet sind und jeweils nach unten zum Drehelement 5 einen Lichtstrahl 7 bzw. 7' aussenden, wobei am Drehelement 5 bei dieser Ausführung lediglich ein Detektor 6 angeordnet ist, der in Verbindung mit dem Schnittpunkt der Drehachse 2 und dem Drehelement 5 die Ausrichtung 8 des Drehelementes definiert.
Auch bei dieser Ausführung werden demnach zwei zueinander antiparallele Ausrichtungen detektiert, die parallel bzw. antiparallel zur Referenzrichtung 4 des Referenzelementes liegen und sich dadurch ergeben, dass der eine Detektor 6 einmal mit dem Lichtstrahl 7 der Lichtquelle 3 und zum anderen Mal mit dem Lichtstrahl 7' der Lichtquelle 3' überdeckt ist.
Um diese zwei Ausrichtungen unterscheiden zu können, da nur eine mit der gewünschten Referenzrichtung übereinstimmt, kann es z.B. vorgesehen sein, die Lichtstrahlen bzw. deren emittierende Lichtquellen verschieden und damit die Lichtstrahlen unterscheidbar auszugestalten.
Ganz allgemein und unabhängig von den hier beschriebenen Ausführungen kann es somit für alle Ausführungen, in denen wenigstens zwei Lichtstrahlen vertikal innerhalb des wenigstens einen optischen Strahlenganges der wenigstens einen Messvorrichtung propagieren, vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Lichtstrahlen voneinander unterscheidbar ausgestaltet sind. Dafür können z.B. die Lichtstrahlen unterschiedliche Intensität aufweisen oder wenigstens einer der Lichtstrahlen kann z.B. moduliert sein, beispielsweise zeitlich oder auch räumlich. Die Detektoren bzw. deren nachgeschaltete Elektronik können somit
beispielsweise eingerichtet sein, auf das Vorliegen eines solchen
Unterscheidungsmerkmals zu prüfen, wenn ein Lichtstrahl auf den Detektor trifft, insbesondere, wobei ein Übereinstimmungssignal nur dann ausgegeben wird, wenn ein gesuchtes Unterscheidungsmerkmal (zeitliche / räumliche Modulation oder Intensität etc.) im auftreffenden Lichtstrahl aufgefunden wurde.
Die gesuchte korrekte Ausrichtung des Drehelementes zur Referenzrichtung ist somit nur dann gegeben, wenn von mehreren unterscheidbaren Lichtstrahlen der jeweils einem Detektor zugeordnete Lichtstrahl auf diesen auftrifft und detektiert wird. Dementsprechend kann es vorgesehen sein, wenigstens eine solche Zuordnung zwischen wenigstens einem der mehreren unterscheidbaren
Lichtstrahlen und wenigstens einem Detektor vorzunehmen. Es gibt somit gemäß einer solchen Zuordnung zumindest ein Paar von Lichtstrahl (bzw. diesen erzeugende Lichtquelle) und Detektor, welches beim Auftreffen des Lichtstrahls auf den Detektor die korrekte Ausrichtung des Drehelementes zur
Referenzrichtung anzeigt. Die Figur 4 zeigt weiterhin eine Ausführung, bei welcher gegenüber der Figur 3 auch zur anderen Seite der Drehachse 2 und somit um 180 Grad orientiert zum Detektor 6 ein weiterer Detektor 6' angeordnet ist, so dass hier ein
Übereinstimmungssignal dann erzeugt wird, wenn beide Detektoren 6 bzw. 6' mit den Lichtstrahlen 7 bzw. 7' in Überdeckung gehen.
Die Unterscheidung ob die gewünschte parallele Übereinstimmung erfolgt
(Lichtstrahl 7 der Lichtquelle 3 trifft auf Detektor 6 und Lichtstrahl 7' der Lichtquelle 3' trifft auf Detektor 6') oder die um 180 Grad versetzte antiparallele Stellung (Lichtstrahl 7 der Lichtquelle 3 trifft auf Detektor 6' und Lichtstrahl 7' der
Lichtquelle 3' trifft auf Detektor 6) vorliegt, kann auch hier beispielsweise darüber erfolgen, dass die Lichtstrahlen 7 und 7 'unterschiedliche Intensitäten haben oder die Lichtquelle 3' zeitweise ausgestellt oder moduliert wird oder eine sonstige Unterscheidbarkeit vorliegt. Hier kann z.B. der Lichtstrahl 7 dem Detektor 6 zugeordnet sein und der Lichtstrahl 7'dem Detektor 6'. Trifft demnach also der Lichtstrahl 7 auf den Detektor 6', so bilden diese ein nicht zugeordnetes Paar von Lichtstrahl und Detektor und es wird kein Übereinstimmungssignal generiert, da die Lichtstrahlen 7 und 7' unterscheidbar sind.
Die Referenzrichtung 4 kann bei dieser Anordnung vorteilhaft durch die
Verbindungslinie zwischen den Lichtquellen 3 und 3'definiert werden.
Entsprechend wird die Ausrichtung 8 des Drehelementes durch die
Verbindungslinie zwischen den beiden Detektoren 6 und 6 'definiert.
Für die Definition einer Richtung (Referenzrichtung des Referenzelementes oder Ausrichtung des Drehelementes) kann mit allgemeiner Gültigkeit bevorzugt für alle, auch hier nicht gezeigten Ausführungen vorgesehen sein, dass die jeweilige Richtung zwischen zwei Punkten des jeweiligen Elementes definiert ist, von denen wenigstens einer auch Teil des Strahlenganges der optischen Messvorrichtung ist. Eine Richtungsdefinition kann somit z.B. erfolgen durch den Punkt, in welchem die vertikale Drehachse des Polarmessgerätes bzw. der Stativstange das jeweilige Element schneidet und dem Punkt, in dem ein Detektor oder eine Lichtquelle oder ein sonstiges optisches Element des Strahlenganges am / auf diesem Element angeordnet ist. Die Richtung kann somit auch durch zwei Punkte definiert sein, die jeweils Teil des Strahlenganges sind, z.B. dadurch, dass in diesen Punkten Lichtquelle / Detektor und ein Spiegel oder sonstiges Umlenkelement angeordnet sind.
Bei den hier dargestellten Ausführungen der Figuren 1 und 4 ist es jeweils vorgesehen, dass die Lichtquellen, insbesondere Laserlichtquellen, am oberen Referenzelement 1 angeordnet sind und deren Lichtstrahlen sich vertikal nach unten zum Drehelement 5 ausbreiten, welches sodann zwecks Erzielung einer Übereinstimmung mit der Referenzrichtung, die durch das Referenzelement 1 definiert ist, so lange gedreht werden, bis dass die am Drehelement vorgesehenen Detektoren ein Intensitätssignal anzeigen. Selbstverständlich besteht hier genauso die Möglichkeit, dass die Lichtquelle/n 3 am Drehelement 5 und der/die
Detektor/en 6 an dem Referenzelement.1 befestigt sind.
Demgegenüber zeigt beispielsweise die Figur 5 eine andere Ausführung, bei welcher die Lichtquelle und der Detektor an demselben Element, hier am
Drehelement 5 angeordnet sind. Die Messvorrichtung ist hier derart ausgestaltet, dass die Lichtquelle 3 und der Detektor 6 unmittelbar benachbart nebeneinander in einem Abstand zur Drehachse 2 auf dem Drehelement 5 angeordnet sind oder sogar durch dasselbe Bauteil gebildet werden, wobei die Propagationsstrecke des Lichtes in dieser Ausführung vertikal von unten nach oben zum Referenzelement ist, an welchem ein Retroreflektor 9 angeordnet ist, welcher den empfangenen Lichtstrahl 7 als Lichtstrahl 7a exakt parallel, gegebenenfalls mit einem seitlichen Versatz, zurückwirft in Richtung zum Drehelement 5 auf den neben der Lichtquelle angeordneten Detektor 6.
Exakt in dem Augenblick, wenn demnach der Lichtdetektor 6 ein Lichtsignal misst, ist die Ausrichtung 8 des Drehelementes 5 übereinstimmend mit der
Referenzrichtung 4 des Referenzelementes 1 , wobei sich die Referenzrichtung hier nun ergibt durch die Verbindungslinie vom Schnittpunkt der Drehachse 2 mit dem Referenzelement 1 in Richtung zum Retroreflektor 9 und die Ausrichtung des Drehelementes 5 definiert ist durch die Verbindungslinie zwischen dem
Schnittpunkt der Drehachse 2 und dem Drehelement 5 sowie der Lichtquelle 3 bzw. dem Detektor 6.
Selbstverständlich besteht hier genauso die Möglichkeit, die Lichtquelle 3 und den Detektor 6 am Referenzelement 1 zu befestigen und den Retroreflektor am Drehelement 5.
Die Ausführung der Figur 6 unterscheidet sich von derjenigen der Figur 5 nun wiederum dadurch, dass die optische Messvorrichtung hier zweifach vorgesehen ist, nämlich um 180 Grad zueinander um die Drehachse 2 herum orientiert.
Demnach entsteht ein Übereinstimmungssignal dann, wenn von beiden
Detektoren 6 bzw. 6' das auftreffende Licht der Lichtquelle 3 bzw. 3' nach
Durchlaufen der Lichtpropagationsstrecke in Richtung zum Retroreflektor und zurück erfolgt.
Die Figur 7 zeigt eine wiederum geänderte Ausführungsform, bei welcher eine Lichtquelle 3 am Drehelement 5 angeordnet ist und im Abstand zur Drehachse, so dass hierdurch wiederum die Ausrichtung 8 des Drehelementes 5 definiert ist, wobei jedoch der gesamte Lichtpropagationsweg neben zwei vertikalen
Wegstreckenanteilen auch einen horizontalen Wegstreckenanteil umfasst. Hier wird zunächst das Licht von der Lichtquelle 3 vertikal nach oben zum
Referenzelement 1 geführt, um von dort mittels eines Spiegels, insbesondere Umlenkprisma, 10 in horizontaler Richtung zu einem Punkt umgelenkt zu werden, der unter 180 Grad um die Drehachse 2 gedreht auf der anderen Seite des Referenzelementes 1 liegt, um sodann mit diesem Spiegel, insbesondere
Umlenkprisma, 10' wiederum in vertikaler Richtung nach unten in Richtung zum Drehelement 5 reflektiert zu werden, an welchem ebenfalls um 180 Grad um die Drehachse 2 gedreht der Detektor 6 angeordnet ist. Es wird somit zwischen Lichtquelle 3 und Detektor 6 eine Ausrichtung 8 des Drehelementes definiert, ebenso wie zwischen den Spiegeln 10 und 10' die Referenzrichtung des
Referenzelementes. Ersichtlich ist es so, dass auf den Detektor 6 nur dann der Lichtstrahl 7 nach seinen Reflektionen auftrifft, wenn die Ausrichtung 8 des Drehelementes 5 exakt mit der Referenzrichtung, definiert durch die beiden Spiegel, insbesondere Umlenkprismen, 10 und 10' übereinstimmt.
Die Figuren 8 und 9 beschreiben weiterhin eine Ausführungsform, bei welcher das jeweilige Drehelement 5 in einer Anordnung von 90 Grad zueinander innerhalb von dessen horizontaler Ebene jeweilige Detektoren 6 aufweist, die somit zusammen mit dem Drehelement 5 um die Drehachse 2 herum rotiert werden können. In der Figur 8 weist das Referenzelement 1 eine einzige Lichtquelle auf, wie auch bei den Figuren 1 und 2, wohingegen bei der Figur 9 zwei Lichtquellen 3 und 3' unter 180 Gradanordnung zueinander vorgesehen sind, entsprechend derselben Anordnung der Figuren 3 und 4.
Es ergeben sich demnach auch hier Übereinstimmungssignale zwischen den Ausrichtungen von Drehelement 5 und Referenzelement 1 immer dann, wenn ein Lichtdetektor bei der Figur 8 oder zwei Lichtdetektoren bei der Figur 9 gleichzeitig in Überdeckung mit den Lichtstrahlen 7 kommen. Besonders mit Bezug auf die Figur 8 kann es hier vorgesehen sein, ein Übereinstimmungssignal nur dann als detektiert anzusehen, wenn dieses von einem ganz bestimmten der insgesamt mehreren, hier vier Detektoren 6 stammt. Wird ein Lichtsignal von einem anderen der Detektoren 6 als diesem vorbestimmten detektiert, so kann eine automatische Vorrichtung hieraus berechnen, in welche Richtung z.B. das Drehelement automatisiert durch einen Motor gedreht werden muss, um das Drehelement 5 in die richtige Ausrichtung zu drehen, die durch die Verbindung zwischen
Schnittpunkt der Drehachse 2 und Drehelement 5 sowie dem vorbestimmten Detektor 6 definiert ist. Es wird somit das Ziel erreicht, dass nach maximal einer 180 Graddrehung der Laserscanner exakt in die richtige gewünschte
Referenzrichtung ausgerichtet werden kann. Selbstverständlich kann die Anzahl der Detektoren 6 weiter erhöht werden. Die Figuren 0 und 11 zeigen als Weiterbildungen auch die Möglichkeit, jeweils mehrere Lichtquellen 3 bzw. Detektoren 6 vorzusehen, die bei der Figur 10 alle zu einer Seite bezogen auf die Drehachse 2 angeordnet sind.
Figur 11 zeigt gegenüber der Figur 0 auch die Weiterbildung, dass zumindest die Detektoren 6 auf einer gemeinsamen Linie beidseits der Drehachse 2 angeordnet sind und so die Ausrichtung des Drehelementes 5 definieren.
Die Figur 12 zeigt gleiche Anordnung von Lichtquellen 3 und Detektoren 6 jeweils in einer Linie, welche die Drehachse 2 jeweils schneidet, so dass hier jede
Lichtquelle 3 ein jeweiliger vertikal darunter liegender Detektor 6 des
Drehelementes 5 zugeordnet ist. Eine Übereinstimmung der Ausrichtung zwischen Referenzelement 1 und Drehelement 5 wird hier erzielt, wenn alle Detektoren 6 ein entsprechendes Lichtsignal empfangen.
Die Figuren 3 und 14 zeigen zwei verschiedene Ausführungen, bei denen mit Bezug auf Figur 13 nur zu einer Seite der Drehachse 2 und mit Bezug auf Figur 14 zu beiden Seiten der Drehachse 2 um 180 Grad zueinander versetzt jeweils an dem Referenzelement 1 in einem Abstand zur Drehachse 2 eine Lichtquelle 3 angeordnet ist, die jedoch im vorliegenden Fall statt eines Lichtstrahls mit einer in Propagationsrichtung im Wesentlichen gleichbleibenden Querschnittsfläche nun eine Linie 3a in Richtung auf das Drehelement 5 projiziert, wobei es vorgesehen ist, am Drehelement 5 einen längs erstreckten Sensor 6 vorzusehen, dessen geometrische Längserstreckung den Schnittpunkt der Drehachse 2 mit dem Drehelement 5 schneidet.
Die Figuren 15 und 16 beschreiben weitere Ausführungsformen, bei welcher es vorgesehen ist, zwei vertikal propagierende Lichtstrahlen um die Drehachse 2 herum zu erzeugen, mit denen jeweils ein zugeordneter Detektor 6 beleuchtet wird, wenn die Ausrichtung des Drehelementes 5 und die Richtung des
Referenzelementes 1 übereinstimmend sind. Hierbei ist es vorgesehen, gemäß der Figur 15 am Referenzelement 1 eine Lichtquelle 3 anzuordnen, mittels der in vertikaler Richtung ein Lichtstrahl 7 erzeugt wird, der am Strahlteiler 11 in zwei Strahlen aufgeteilt wird, von denen einer in vertikaler Richtung weiter propagiert und der andere in horizontaler Richtung ausgelenkt wird zu einem auf der anderen Seite der Drehachse 2 liegenden Spiegel, insbesondere Umlenkprisma, 10, mit welchem wiederum der Lichtstrahl in vertikaler Richtung nach unten reflektiert wird, so dass hier beide erzeugten Teillichtstrahlen 7 nur dann eine
Übereinstimmung der Ausrichtung von Drehelement 5 mit der Referenzrichtung anzeigen, wenn beide die Detektoren 6 treffen.
Die Figur 16 zeigt demgegenüber eine Ausführungsform, bei welcher ein ursprünglicher Lichtstrahl 7 kolinear zur Drehachse 2 der Vorrichtung zugeführt wird und mit einem Strahlteiler 1 in zwei entgegengesetzte Richtungen zu jeweiligen Spiegeln, insbesondere Umlenkprismen, 10 umgelenkt wird, die unter 180 Grad um die Drehachse 2 herum orientiert an den Referenzelement 1 angeordnet sind, so dass erst durch die Reflektion an diesen Spiegeln 10 die vertikal nach unten propagierenden Lichtstrahlen 7 erzeugt sind, die bei einer Richtungsübereinstimmung auf die jeweiligen Detektoren 6 am Drehelement 5 treffen und somit eine Übereinstimmungssignal erzeugen.
Die Figur 17 zeigt weiterhin, dass in einer Ansicht in Richtung der Drehachse 2 die Anordnungen von Lichtquellen 3 und/oder auch Detektoren 6 entweder am
Referenzelement 1 oder am Drehelement 5 auf einer Linie L liegen können, welche die Drehachse 2 exakt schneidet. Demgegenüber zeigt die Figur 18, dass die Verbindungslinie zwischen den Lichtquellen 3 bzw. den Lichtstrahlen 7 im horizontalen Schnitt parallel zu Referenz- oder Drehelement oder aber die
Detektoren 6 auf einer gemeinsamen Linie L liegen, die zur Drehachse 2 beabstandet ist. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, Referenzelement und Drehelement und insbesondere Lichtquelle/n und Detektor/en azentrisch zur Drehachse anzuordnen, was konstruktiv vorteilhaft sein kann.
Bei allen Ausführungen kann es vorgesehen sein, dass eine den einen oder den mehreren Lichtdetektoren nachgeordnete Auswerteelektronik bestimmt, wann eine die Übereinstimmung der Ausrichtungen zwischen Referenz- und Drehelement definierende Überdeckung zwischen dem Laserfleck und dem Lichtdetektor gegeben ist. Hier kann beispielsweise auch ein Regelkreis realisiert sein, mit dem die Abweichung zwischen einer Sollposition des Laserflecks auf dem Detektor und der aktuellen Istposition minimiert wird, wobei nach Erreichen dieses Ziels die Übereinstimmung der Ausrichtung des Drehelementes mit der Referenzrichtung des Referenzelementes gegeben ist. Demnach kann eine solche Ausrichtung auch voll automatisiert erfolgen durch eine motorische Ansteuerung, bis dass das Übereinstimmungssignal durch die Auswerteelektronik generiert ist.
In einer anderen Ausführungsform kann es auch vorgesehen sein, die
Übereinstimmung der Ausrichtung z.B. durch polarisiertes Licht festzustellen, welches entweder von dem Referenzelement in Richtung zum Drehelement oder aber in umgekehrte Richtung projiziert wird und an den jeweils
gegenüberliegenden Element durch einen Polarisator nachgeschalteten
Lichtintensitätsdetektor detektiert wird. Hier wird eine maximale oder auch eine minimale Lichtintensität dann detektiert, wenn die Polarisationsrichtung des Polarisators gleich gerichtet oder senkrecht zur Polarisationsrichtung des vertikal propagierenden Lichtes liegt. So kann auch dieses Kriterium minimaler oder maximaler Intensität am Detektor bei einer Drehung um die Drehachse 2 ausgewertet werden, um die Richtungsübereinstimmung zwischen Drehelement und Referenzelement zu bestimmen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Richtungskalibrierung eines Polarmessgerätes, insbesondere eines Laserscanners, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein
Referenzelement (1 ) umfasst, dass drehfest an einer Haltevorrichtung des Polarmessgerätes, insbesondere an einem Stativ, befestigbar / befestigt ist und durch welches eine Referenzrichtung (4) in einer Horizontalebene definiert ist und ein Drehelement (5) umfasst, dass mit dem Polarmessgerät drehfest ist und zusammen mit dem Polarmessgerät relativ zum
Referenzelement (1 ) um eine vertikale Achse (2) drehbar ist und wenigstens eine optische Messvorrichtung (3, 6, 3', 6') vorgesehen ist, mittels der die Übereinstimmung einer Ausrichtung des Drehelementes (5) mit der
Referenzrichtung (4) des Referenzelements (1 ) messbar ist, insbesondere signalisierbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Drehelement (5) an einem Halteelement und/oder Geräteteil des
Polarmessgerätes befestigbar / befestigt ist, das im Messbetrieb des
Polarmessgerätes zu dessen vertikaler Drehachse und zur Haltevorrichtung drehfest ist und das Drehelement (5) vor dem Start einer Messwerterfassung mit dem Polarmessgerät in die Referenzrichtung (4) drehbar ist, insbesondere von Hand oder automatisiert, insbesondere wobei die optische
Messvorrichtung (3, 6, 3', 6') eingerichtet ist, die Übereinstimmung der Ausrichtung des Drehelementes (5) mit der Referenzrichtung (4) des
Referenzelementes (1 ) zu signalisieren.
3. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Drehelement (5) und das Referenzelement (1 ) in vertikaler Richtung zueinander ortsfest sind, wobei das Drehelement (5) mit einem in vertikaler Richtung der Haltevorrichtung verschieblichen
Halteelement, insbesondere mit der Stativstange eines Statives, drehgekoppelt ist und das Halteelement in vertikaler Richtung verschieblich durch das Drehelement (5) hindurchgeführt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Drehelement (5) an einem Geräteteil des Polarmessgerätes befestigbar / befestigt ist, das im Messbetrieb des Polarmessgerätes um dessen vertikale Drehachse und relativ zur Haltevorrichtung drehbar ist / gedreht wird und das Drehelement (5) während einer Messwerterfassung mit dem Polarmessgerät zusammen mit dessen drehenden Geräteteil wenigstens einmal durch die Referenzrichtung (4) hindurch drehbar ist, insbesondere wobei die optische Messvorrichtung (3, 6, 3', 6') eingerichtet ist, die Übereinstimmung der
Ausrichtung des Drehelementes (5) mit der Referenzrichtung (4) des
Referenzelementes (1 ) zu signalisieren, insbesondere an die Elektronik des Polarmessgerätes.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Drehelement (5) zusammen mit dem
Polarmessgerät in vertikaler Richtung relativ zum Referenzelement (1 ) verschieblich ist, insbesondere durch Verschiebung eines Halteelementes, insbesondere der Stativstange eines Stativs.
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die optische Messvorrichtung (3, 6, 3', 6') gebildet ist durch wenigstens eine Lichtquelle (3, 3'), insbesondere Laserlichtquelle und wenigstens einen Lichtdetektor(6, 6'), wobei zwischen dem Referenzelement (1 ) und dem Drehelement (5) wenigstens eine Lichtpropagationsstrecke ausgebildet ist, in welcher der wenigstens eine Lichtstrahl (7, 7') in einem Bereich zwischen Referenz- (1 ) und Drehelement (5) vertikal propagiert, wobei der wenigstens eine Lichtdetektor (6, 6') oder eine nachgeschaltete Elektronik bei einer Übereinstimmung der Ausrichtung des Drehelementes (5) mit der Referenzrichtung (4) ein Übereinstimmungssignal erzeugt, insbesondere wobei eine Übereinstimmung vorliegt, wenn der wenigstens eine vertikal propagierende Lichtstrahl (7, 7') den wenigstens einen Lichtdetektor (6, 6') trifft.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung wenigstens eines in vertikaler Richtung zwischen Referenz- (1 ) und Drehelement (5) propagierenden Lichtstrahles (7, 7'), insbesondere Laserstrahles die Lichtquelle ( 3, 3') und/oder der
Lichtdetektor (6, 6') oder zumindest ein Teil von deren / dessen Optik selbstnivellierend ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen Referenz- (1 ) und Drehelement (5) mehrere vertikale Lichtstrahlen (7, 7'), insbesondere Laserstrahlen ausgebildet sind und jedem der Lichtstrahlen (7, 7') wenigstens ein Lichtdetektor (6, 6') zugeordnet ist, insbesondere wobei die Lichtdetektoren (6, 6') jedes
Lichtstrahles (7, 7') und die Schnittpunkte der Laserstrahlen mit einer horizontalen Ebene alle in einer Linie liegen, welche a. die Drehachse (2) des Polarmessgerätes schneidet oder b. zur Drehachse (2) des Polarmessgerätes versetzt ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass mit der wenigstens einen Lichtquelle (3, 3')
wenigstens ein vertikal propagierender Lichtstrahl (7, 7') erzeugt ist, der in einer Ebene aufgefächert ist, die parallel zur Drehachse (2) des
Polarmessgerätes liegt oder in welcher die Drehachse (2) des
Polarmessgerätes liegt.
10. Messvorrichtung umfassend eine Haltevorrichtung eines Polarmessgeräts, insbesondere ein Stativ und ein daran befestigtes Polarmessgerät, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche umfasst.
11. Verfahren zur Richtungskalibrierung eines Polarmessgerätes, insbesondere eines Laserscanners, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenzelement (1 ) drehfest an/in einer Haltevorrichtung des Polarmessgerätes, insbesondere an/in einem Stativ, angeordnet ist oder wird, wobei durch das
Referenzelement (1 ) eine Referenzrichtung (4) in einer Horizontalebene definiert wird und ein Drehelement (5) an/in dem Polarmessgerät drehfest angeordnet ist oder wird, welches zusammen mit dem Polarmessgerät relativ zum Referenzelement (1 ) um eine vertikale Achse (2) gedreht wird wobei mittels wenigstens einer optischen Messvorrichtung (3, 6, 3', 6') die
Übereinstimmung der Ausrichtung des Drehelementes (5) mit der
Referenzrichtung (4) des Referenzelements (1 ) gemessen wird.
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