DD273886A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR GEOMETRIC HEIGHT MEASUREMENT - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur geometrischen Hoehenmessung, um eine automatische Kompensation der Geraeteneigung zu erhalten, zur Erhoehung der Messgenauigkeit. Das wird dadurch erreicht, dass analog den Signalen eines Neigungsmessers 4, der unabhaengig von einem Fernrohr 3 in einem Messgeraet angeordnet ist, der Bezugspunkt fuer die horizontale Lage des Messgeraetes auf dem Mittelpixel einer CCD-Zeile 8 vorgesehen ist und dass bei geneigtem Messgeraet der Bezugspunkt so auf der CCD-Zeile 8 verschoben wird, dass seine der jeweiligen Neigung des Messgeraetes entsprechende Lage den Durchstosspunkt der horizontalen Zielachse fuer einen Pixel oder Pixelbereich 8 bestimmt. Fig. 1The invention relates to a method and an arrangement for geometric height measurement, in order to obtain an automatic compensation of the tendency of the device to increase the measuring accuracy. This is achieved in that analogous to the signals of a inclinometer 4, which is arranged independently of a telescope 3 in a measuring device, the reference point for the horizontal position of the measuring device on the center pixel of a CCD line 8 is provided and that with inclined Messgeraet the reference point is shifted on the CCD line 8 so that its position corresponding to the respective inclination of the measuring device determines the piercing point of the horizontal target axis for a pixel or pixel area 8. Fig. 1

Description

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgab' zugrunde, ein Höhenmeßverfahren, bei dem ein in Abtastrichtung kodierter Absolutmaßstab und ein Meßgerät, vorzugsweise ein Nivellier mit einer Sensorzeilenanordnung im Fernrohr, einem Neigungsmesser, einem Mikrorechner und Mitteln zur Eingabe, Ausgabo, Anzeige und Speicherung von Meßdaton verwendet wird sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens so zu gestalten, daß eine automatische Neigungskompensation für das Meßgerät erhalten wird, bei gleichzeitiger Reduzierung der Anzahl der abbildenden und reflektierenden Glas-Luftflächen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur geometrischen Höhenmessung dadurch gelöst, daß analog den Signalen eines Neigungsmessers 4, der unabhängig von ainem Fernrohr 3 in einem Meßgerät angeordnet ist, der Bezugspunkt für die horizontale Lage des Meßgerätes auf dem Mittelpixel einer CCD-Zeile 8 vorgesehen ist und daß bei geneigtern Meßgerät der Bezugspunkt auf der CCD-Zeile 8 so verschoben wird, daß seine der jeweiligen Neigung des Meßgerätes entsprechende Lage den Durchstoßpunkt der horizontalen Zielachse für einen Pixel oder den Bereich zwischen zwei Pixel der CCu-Zeile 8 bestimmt.The invention is based on the object, a Höhenmeßverfahren in which a coded in the scanning direction absolute scale and a measuring device, preferably a level with a sensor array in the telescope, an inclinometer, a microcomputer and means for input, output, display and storage of Messdaton is used and an arrangement for carrying out the method to be designed so that an automatic tilt compensation for the meter is obtained, while reducing the number of imaging and reflecting glass-air surfaces. According to the invention, this object is achieved in a method for geometric height measurement in that analogous to the signals of a inclinometer 4, which is arranged independently of a telescope 3 in a meter, the reference point for the horizontal position of the meter on the center pixel of a CCD line 8 is provided and that in the case of an inclined measuring device, the reference point on the CCD line 8 is shifted such that its position corresponding to the respective inclination of the measuring device determines the piercing point of the horizontal target axis for a pixel or the area between two pixels of the CCu line 8.

Bei einer ersten Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, mit einer Planplatte und einem Positionssteller wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Strahlengang zwischen dem Fernrohrobjektiv 6 und der CCD-Zeile 8 in der optischen Achse eine mit einem Positionssteller 26 verbundene Planplatte 25 so angeordnet ist, daß analog den Signalen des Neigungsmessers 4 ein Mikroprozessor 33 den durch den Positionssteller 26 vorzugebenden Drehwinkel γ der Planplatte 25 berechnet, damit der in das Fernrohrobjektiv 6 eintretende, horizontale Zielstrahl in den Mittelpunkt der CCD-Zeile 8 abgelenkt wird. Bai einerzweiten Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Meßschraube und einem Positionssteller wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die CCD-Zeile 8 durch eine mit einem Positionssteller 26 verbundene Meßschraube 25 um einen Verschiebebetrag h, gesteuert wird, der analog den Signalen des Neigungsmessers 4 durch den Mikroprozessor 33 berechnet wird, damit der horizontale Zielstrahl in den Mittelpixel der CCD-Zeile 8 abgelenkt wird.In a first arrangement for carrying out the method, with a plane plate and a position controller, the object is achieved in that in the beam path between the telescope objective 6 and the CCD line 8 in the optical axis connected to a position indicator 26 plane plate 25 is arranged in that, analogously to the signals of the inclinometer 4, a microprocessor 33 calculates the rotational angle γ of the plane plate 25 to be predetermined by the positioner 26, so that the horizontal aiming beam entering the telescope objective 6 is deflected into the center of the CCD line 8. Bai a second arrangement for carrying out the method with a micrometer and a position adjuster, the object is achieved in that the CCD line 8 is controlled by a connected to a position indicator 26 micrometer 25 by a shift amount h, analogous to the signals of the inclinometer. 4 is calculated by the microprocessor 33 so that the horizontal aiming beam is deflected into the center pixel of the CCD line 8.

AusführunysbelsplelAusführunysbelsplel

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, s. << zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the schematic drawings, s. << show:

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Anordnung eines Nivelliers in zwei Ausführungsformen Fig. 2: eine graphische Darstellung der Neigungskompensation Fig. 3: ein Blockschaltbild der Elektronik1: an arrangement according to the invention of a level in two embodiments; FIG. 2: a graph of the inclination compensation FIG. 3: a block diagram of the electronics

Beim 1 .Ausführungsbeispiel in Fig. 1 besteht das Nivellier aus einem Unterteil 1, dem Dreifuß und einem um eine Stehachse StA drehbaren Oberteil 2. Das Oberteil 2 enthält ein horizontales Meßfernrohr 3 mit der optischen Achse A-A, umfassend ein Objektiv 6 mit den Objektivgliedern 7 zur Telewirkung, damit der analaktische Punkt in der Nähe der Stehachse liegt, sowie eine CCD-Zeile 8 in einer Fassung 27, einem Neigungsmesser 4 und eine Elektronikbaueinheit 5. Ein rhombisches Prisma 9 teilt die optische Achse A-A in eine optische Achse A'-A' für ein visuelles Beobacht'ingsfernrohr, umfassend das Objektiv 6/7, das Prisma 9, eine Strichplatte 11 und ein Okular 12. Das Prisma 9 in einer Fassung 10 ist mit einer Achse 14 verbunden, in einem Lagor 15. Durch Drehen eines Hebels 13 um eine Achse B-B wird das Prisma 9 in den Strahlengang A-A geschwenkt. Die Stichplatte 11 und die CCD-Zeile 8 sind auf einem Schlitten 18 auf einer Führung 16 angeordnet, die in einem Lager 17 ruht und die Achse C-C bildet. Der Schlitten 18 wird durch eine Spindel 20 in einem Lager 19 angetrieben, um eine Achse E-E über die Zahnräder 21 und 22 und durcn einen Triebknopf 23 um eine Achse D-D gedreht, damit das Meß- und Beobachtungsfernrohr auf bine Bildweit.e fokussiert sind.1, the level comprises a lower part 1, the tripod and a top part 2 rotatable about a standing axis StA. The upper part 2 contains a horizontal measuring telescope 3 with the optical axis AA, comprising an objective 6 with the objective elements 7 for telephoto effect, so that the analactic point is in the vicinity of the vertical axis, and a CCD line 8 in a socket 27, an inclinometer 4 and an electronic assembly 5. A rhombic prism 9 divides the optical axis AA in an optical axis A'-A For a visual telescope, comprising the objective 6/7, the prism 9, a reticule 11 and an eyepiece 12. The prism 9 in a socket 10 is connected to an axis 14, in a bearing 15. By turning a lever 13 about an axis BB, the prism 9 is pivoted in the beam path AA. The throat plate 11 and the CCD line 8 are arranged on a carriage 18 on a guide 16 which rests in a bearing 17 and forms the axis C-C. The carriage 18 is driven by a spindle 20 in a bearing 19, about an axis E-E via the gears 21 and 22 and durcn a drive knob 23 is rotated about an axis D-D, so that the measuring and observation telescope on bine Bildweit.e are focused.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist im Strahlengang A-A zwischen dem Fernrohrobjektiv 6/7 und der CCD-Zeile 8 zusätzlich' ein Bauelement 24, umfassend eine Planplatte 25, um oine Achse F-F drehbar und senkrocht zur optischen Achse A-A in Verbindung mit einem Positionssteller 26 angeordnet, wobei der Positionssteller 26 die Planplatte 25 in der Sollage dent, damit der horizontale Zielstrahl tut den Mittelpixel der CCD-2:eile 8 fällt. Anstelle der Planplatte 25 kann auch eine mit dem Positionssteller 26 verbundene nicht näher dargestellte Meßschraube 25 verwendet wercen, die die CCD-Zeile 8 senkrecht zur optischen Achse A-Aso verschiebt, daß der horizontaleZielstrahl auf den Mittelpixel der CCD-Zeile 8 fällt, der den Bezugspunkt des Meßvorganges darstellt.In the second embodiment is in the beam path AA between the telescope objective 6/7 and the CCD line 8 additionally 'a device 24 comprising a plane plate 25, about an axis FF rotatable and perpendicular to the optical axis AA in conjunction with a position indicator 26, wherein the position indicator 26, the plane plate 25 in the desired position dent, so that the horizontal target beam does the central pixel of the CCD-2: hurry 8 falls. Instead of the plane plate 25, a measuring screw 25 connected to the position indicator 26 can be used, which shifts the CCD line 8 perpendicular to the optical axis A-Aso so that the horizontal aiming beam falls on the center pixel of the CCD line 8, which covers the Represents reference point of the measuring process.

In Fig. 2 ist das Verfahren der Neigungskompensation graphisch dargestellt. Bei der Neigung des Meßgerätes mit der optischen Achse A-A um einen Winkel φ gegen eine Horizontale ist auch die Stehachse StA um den Winkel φ zur Lotrichtung geneigt. F stellt den vorderen Brennpunkt des Objektivs 6 und P den hinteren Brennpunkt dar, in dem die CCD-Zeile 8 bei der Zieleinstellung im unendlichen liegt, mit Γ für die Brennweite des Objektivs 6. Der von der nicht dargestellten Meßplatte durch F führende horizontale Zielstrahl ist die Horizontale, die durch das Objektiv 6 abgelenkt und im Punkt P₉ die CCD-Zei'e 8 trifft, wo ein Ausschnitt der Meßlatte abgebildet ist. Der Neigun jsmesser 4 mißt dann den Winkel φ des Meßgerätes und ein Mikroprozessor 33 berechnet aus der gespeicherten Brennweite f, dem Neigungswinkel φ den Verschiebebetrag h, = f · tantp und formt diesen in Pixeleinheiten um, um den der Bezugspunkt verschoben ist und so in seiner neuen Lage den Durchstoßpunkt der horizontalen Zielachse auf der CCD-Zeile 8 bestimmt. Dabei kann der Bezugspunkt auf einem Pixel oder in dem Bereich zwischen zwei Pixel fallen. In dem Ausführungsbeispiel 2 mit der Planplatte 25 und dem Positionssteller 26 im Strahlengang des Fernrohrobjektivs 6/7 berechnet der Mikroprozessor 33 aus dem Verschiebebetrag h, den Drehwinkel γ für kleine Winkel näherungsweise nach der Beziehung:In Fig. 2, the method of tilt compensation is shown graphically. In the inclination of the measuring device with the optical axis AA at an angle φ to a horizontal and the standing axis StA is inclined by the angle φ to the vertical direction. F represents the front focal point of the objective 6 and P represents the rear focal point in which the CCD line 8 is infinitely located in the target setting, with Γ for the focal length of the objective 6. The horizontal aiming beam passing through the measuring plate, not shown, is F the horizontal, which is deflected by the lens 6 and at the point P _9, the CCD Zei'e 8 meets where a section of the yardstick is shown. The inclinometer 4 then measures the angle φ of the measuring device and a microprocessor 33 calculates the shift amount h, = f · tantp from the stored focal length f, the inclination angle φ and converts this into pixel units about which the reference point is displaced and thus in its new location determines the puncture point of the horizontal target axis on the CCD line 8. The reference point may fall on a pixel or in the area between two pixels. In the embodiment 2 with the plane plate 25 and the position indicator 26 in the beam path of the telescope objective 6/7, the microprocessor 33 calculates from the shift amount h, the angle of rotation γ for small angles approximately by the relationship:

d Ή-1d Ή-1

üor Positionssteller 26 dreht die Planplatte 25 um den Winkel γ so lange, bis der horizontale Zielstrahl zum Mittelpixel der CCD-Zoile £ abgelenkt ist, der den festen Bezugspunkt darstellt. In einem weiteren Auiiführungsbeispiel kann die CCD-Zeile 8 um den Verschiebe.betrag h, über eine Meßschraube 25 in Verbindung mit dem Positionssteller 26 direkt verschoben werden und derThe positioner 26 rotates the plane plate 25 by the angle γ until the horizontal aiming beam is deflected to the center pixel of the CCD zooming ε which is the fixed reference point. In a further exemplary embodiment, the CCD line 8 can be moved directly by the displacement amount h, via a micrometer 25 in conjunction with the position indicator 26, and the

Mittelpixel der CCD-Zeile 8 ist ebenfalls fester Bezugspunkt. Verwendet man für das Meßfernrohr 3 ein Objektiv 6 ohne Telezentrierung, liegt der analaktische Punkt im vorderen Brennpunkt F das Objektivs 6 und verursacht in Abhängigkeit vom Neigungswinkel φ einen Höhenmeßfehler. An den von einem Mikroprozessor 33 nach dem WP G01 B/2990293 an der Meßlatte automatisch abgelesenen Höhenwert muß dann zusätzlich ein Korrekturwert h_A = s_A · tan φ angebracht werden, wobei Oa die Strecke zwischen F und der Stehachse StA darstellt. Das Vorzeichen hA richtet sich nach dem Vorzeichen des Neigungswinkels φ.Center pixel of CCD line 8 is also a fixed reference point. If an objective 6 without telecentration is used for the measuring telescope 3, the analactic point lies in the front focal point F of the objective 6 and causes a height measuring error as a function of the inclination angle φ. A correction value h _A = s _A · tan φ must then additionally be attached to the height value automatically read by a microprocessor 33 according to WP G01 B / 2990293 on the graduation bar, where Oa represents the distance between F and the vertical axis StA. The sign hA depends on the sign of the inclination angle φ.

Fig. 3 stellt das Blockschaltbild der Elektronik 5 des Nivelliere dar. In einer Stromversorgungseinheit 32 werden die Betriebsspannungen für die analogen und digic-.len Baugruppen in Abhängigkeit von den Steuersignalen des Mikrorechners 33 erzeugt, d. h., daß nur die Baugruppen mit Spannung versorgt werden, die für den aktuellen Meßablauf notwendig sind. Ein Arbeitsspeicher 34 des Mikrorechners 33 wird separat mit Spannung versorgt. Eine Stromversorgungseinheit 35 enthält eine eigene Stützbatterie zur Sicherung von Daten bei ausgeschalteter Meßanordnung und in den Abschaltphasen des Mikrorechners 33. In dem Arbeitsspeicher 34 werden auch alle Geräte- bzw. Meßsystemkonstanten gespeichert, die über eine Tastatur 37 eingegeben werden. Außerdem dienen die Tastaturlogik 36 und die Tastatur 37 dazu, den Mikrorechner 33 über die Stromversorgungseinheit zu aktivieren. Über die Ein-/Ausgabeports 40,41 und 42 wird das Meßsystem gesteuert, wobei der EinVAusgabeport 40 das Abtasten der CCD-Zeile 8 steuert und die Übernahme der Meßwerte aus dem Meßdaten RAM 44 in den Mikrorechner 33. Mit RESET wird der Adreßzähler 48 zurückgesetzt. Ein Signa! 47 schaltet dann den Meßdaten RAM 44 so, daß die Übernahme der Meßdaten in den Mikrorechner 33 und des Bildes der CCD-Zeile 8 in den Meßdaten RAM 44 erfolgt. Gleichzeitig wird mit diesem Signal der Takt für den Zähler 48 zwischen Lese- und Schreibtakt umgeschaltet. Die Wandler 45 und 46 dienen zur Anpassung der Spannungspegel des Mikrorechners 33 an die Regelerfordernissc der CCD-Zeile 8 und ein Komparator 43 bewertet das Ausgangssignal der CCD-Zeile 8 nach beleuchteten und unbeleuchteten Bildpunkten. Eine Baugruppe 20 erzeugt das Abtastsignal für die CCD-Zeile 8, wodurch eine neue Übernahme des Bildes auf die CCD-Zeile 8 in das untere Schieberegister ausgelöst wird. Über den Eingabeport 42 erreichen den Mikrorechner 33 die digitalen Signale des Neigungsmessers 4 und über den Ausgabeport 41 steuert der Mikrorechner 33 einen D/A-Wandler, der den Positionssteller 26 ansteuert. Über die Displays 38 und 39 werden dann die Meßergebnisse angezeigt.3 illustrates the block diagram of the electronics 5 of the level. In a power supply unit 32, the operating voltages for the analog and digicule modules are generated as a function of the control signals of the microcomputer 33, i. h., That only the modules are supplied with voltage that are necessary for the current measurement process. A main memory 34 of the microcomputer 33 is supplied separately with voltage. A power supply unit 35 contains its own backup battery for securing data when the measuring device is switched off and in the shutdown phases of the microcomputer 33. The memory 34 also stores all device constants that are input via a keyboard 37. In addition, the keyboard logic 36 and the keyboard 37 serve to activate the microcomputer 33 via the power supply unit. The measuring system is controlled via the input / output ports 40, 41 and 42, wherein the input port 40 controls the scanning of the CCD line 8 and the transfer of the measured values from the measured data RAM 44 into the microcomputer 33. With RESET, the address counter 48 is reset , A signa! 47 then switches the measured data RAM 44 so that the acquisition of the measured data in the microcomputer 33 and the image of the CCD line 8 takes place in the measured data RAM 44. At the same time the clock for the counter 48 is switched between read and write clock with this signal. The transducers 45 and 46 serve to match the voltage levels of the microcomputer 33 to the control requirements of the CCD array 8 and a comparator 43 evaluates the output of the CCD array 8 for illuminated and unlit pixels. An assembly 20 generates the scanning signal for the CCD line 8, whereby a new acquisition of the image on the CCD line 8 is triggered in the lower shift register. About the input port 42 reach the microcomputer 33, the digital signals of the inclinometer 4 and the output port 41, the microcomputer 33 controls a D / A converter which drives the position controller 26. On the displays 38 and 39 then the results are displayed.

Bei der geometrischen Höhenmessung wird von einem Beobachter zuerst das Meßgerät mit den Fußschrauben 31 des Dreifußes 1 nach einer Dosenlibelle 29 grob horizontiert. Danach wird durch Drehen eines Hebels 13 das Beobachtungsfernrohr eingestellt und die Meßlatte im Zielpunkt angezielt. Dabei fokussiert der Beobachter das Lattenbild genau auf die Strichplatte 11 mit der Meßschraube 23. Gleichzeitig ist automatisch das Lattenbild auf der CCD-Zeile 8 eingestellt. Der Beobachter zielt dann mit einem Seitenfeintrieb 30 die nicht näher dargestellte Meßlatte an, schaltet das Prisma 9 aus und das Meßgerät ist meßbereit, in dem über eine Tastatur 37 die Meßdaten und die Daten des Neigungsmessers 4 in den Mikrorechner 33 eingegeben werden, zur Steuerung des Auslesens der CCD-Zeile 8 und der Übernahme des Bildes in den Arbeitsspeicher 34. Danach wird der Verschiebungsbetrag h, in Pixeleinheiten umgerechnet, um den Bezugspunkt vom Mittelpixel auf den neuen Pixel oder Bereich der CCD-Zeile 8 zu verschieben. Weiterhin erfolgt die Auswertung des im Maßdaten RAM 44 abgelegten Lattenbildes bezüglich des neuen Bezugspixels zum Meßwert und der Korrekturwert hA zur Berücksichtigung des Einflusses des analaktischen Punktes wird berechnet und der Meßwert angezeigt und gespeichert.In the geometric height measurement is first roughly leveled by an observer, the meter with the foot screws 31 of the tripod 1 after a circular level 29. Thereafter, by turning a lever 13, the observation telescope is adjusted and the yardstick aimed at the target point. In this case, the observer focuses the slat image exactly on the reticle 11 with the micrometer 23. At the same time the slat image on the CCD line 8 is set automatically. The observer then aims with a fine side drive 30, the bar, not shown, turns off the prism 9 and the meter is ready to measure, in which a keyboard 37, the measurement data and the data of the inclinometer 4 are entered into the microcomputer 33, to control the Reading the CCD line 8 and transferring the image to the working memory 34. Thereafter, the shift amount h is converted into pixel units to shift the reference point from the center pixel to the new pixel or area of the CCD line 8. Furthermore, the evaluation of the slat image stored in the dimension data RAM 44 with respect to the new reference pixel takes place with respect to the measured value, and the correction value hA for taking into account the influence of the analactic point is calculated and the measured value is displayed and stored.

1. Verfahren zur geometrischen Höhenmessung, mit einer kodierten Meßlatte im Zielpunkt, mit einem Meßgerät, vorzugsweise ein Nivellier im Standpunkt, umfassend ein horizontal angeordnetes Fernrohr mit einer Sensorzeilenanordnung (vorzugsweise eine CCD-Zeile) in einer ersten Bildebene des Fernrohrobjektivs, deren Pixel ein Bezugspunkt zugeordnet ist, eine Strichplatte in einer zweiten Bildebene des Fernrohrobjektivs, in die das Lattenbild nach Einschwenken eines Prismas in den Strahlengang zur Sensorzeilenanordnung reflektiert wird, einen Neigungsmesser, einen Mikroprozessor sowie Speicher zur Auswertung und Speicherung von Meßdaten und Mittel zur Eingabe, Ausgabe und Anzeige von Meßdaten und Gerätekonstanten, gekennzeichnet dadurch, daß analog den Signalen eines Neigungsmessers 4, der unabhängig von einem Fernrohr 3 in einem Meßgerät angeordnet ist, der Bezugspunkt für die horizontale Lage des Meßgerätes auf dem Mittelpixel einer CCD-Zeile 8 vorgesehen ist und daß bei geneigtem Meßgerät der Bezugspunkt auf der CCD-Zeile 8 so verschoben wird, daß seine der jeweiligen Neigung des Meßgerätes entsprechende Lage den Durchstoßpunkt der horizontf ^n Zielachse für einen Pixel oder den Bereich zwischen zwei Pixel der CCD-Zeile 8 bestimmt.A method for geometric height measurement, with a coded bar in the target point, with a measuring device, preferably a level in the viewpoint, comprising a horizontally arranged telescope with a sensor array (preferably a CCD line) in a first image plane of the telescope objective whose pixels are a reference point is assigned, a reticle in a second image plane of the telescope objective, in which the slat image is reflected after pivoting a prism in the beam path to the sensor array, an inclinometer, a microprocessor and memory for the evaluation and storage of measurement data and means for input, output and display of Measurement data and device constants, characterized in that analogous to the signals of a inclinometer 4, which is arranged independently of a telescope 3 in a measuring device, the reference point for the horizontal position of the measuring device on the center pixel of a CCD line 8 is provided and that at ge inclined measuring device, the reference point on the CCD line 8 is shifted so that its position corresponding to the respective inclination of the measuring device determines the piercing point of the horizontal target axis for a pixel or the area between two pixels of the CCD line 8.

2. Anordnung zur geometrischen Höhenmessung, gekennzeichnet dadurch, daß im Strahlengang zwischen einem Fernrohrobjektiv 6/7 und der CCD-Zeile 8 in der optischen Achse A-A eine mit einem Positionssteller 26 verbundene Planplatte 25 so angeordnet ist, daß analog den Signalen des Neigungsmessers 4 ein Mikroprozessor 33 den durch den Positionssteller 26 vorzugebenden Drehwinkel γ der Planplatte 25 berechnet, damit der in das Fernrohrobjektiv 6/7 eintretende horizontale Zielstrahl in den Mittelpixel der CCD-Zeile 8 abgelenkt wird.2. Arrangement for geometrical height measurement, characterized in that in the beam path between a telescope objective 6/7 and the CCD line 8 in the optical axis AA arranged with a position indicator 26 plane plate 25 is arranged so that analog to the signals of the inclinometer 4 a Microprocessor 33 calculates the predetermined by the position controller 26 rotation angle γ of the plane plate 25 so that the entering into the telescope objective 6/7 horizontal aiming beam is deflected into the center pixel of the CCD line 8.

3. Anordnung zur geometrischen Höhenmessung, gekennzeichnet dadurch, daß die CCD-Zeile 8 durch eine mii dem Positionssteller 26 verbundene Meßschraube 25 um einen Verschiebebetrag h_z gesteuert wird, der analog den Signalen des Neigungsmessers 4 durch den Mikroprozessor 33 berechnet wird, damit der in das Fernrohrobjektiv 6/7 eintretende horizontale Zielstrahl in den Mittelpixel der CCD-Zeile 8 abgelenkt wird.3. Arrangement for geometrical height measurement, characterized in that the CCD line 8 is controlled by a Mii the position indicator 26 connected micrometer 25 by a shift amount h _z, which is calculated analogously to the signals of the inclinometer 4 by the microprocessor 33, so that in the telescope objective 6/7 entering horizontal aiming beam is deflected into the center pixel of the CCD line 8.

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur geometrischen Höhenmessung und Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens, das eine automatisierte Kompensation der Geräteneigung ermöglicht. Das Verfahren ist zur Durchführung des automatisierten Nivellements, des Präzisionsnivellements und zur Kompensation des Höhenindexfehlers bei Theodoliten anwendbar.The invention relates to a method for geometric height measurement and arrangements for carrying out the method, which allows automated compensation of the device tilt. The method is applicable to performing automated leveling, precision leveling and compensating for altitude index error in theodolites.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es sind für das geometrische Nivellement eine Vielzahl von Verfahren und Anordnungen zur Automatisierung und Objektivierung des Meßprozesses und der Meßdatenerfassung bekannt, die beispielsweise Meßlattenteilungen durch Fotoempfängerzeilen ersetzen und den von einem Nivellier ausgesendeten Laserstrahl als Index auf der Meßlatte verwenden (US-PS 3790277,4029415 und 4030832, DE-AS 1915891,1923055 und 2756364) oder es sind wie in der DE-OS 3213860 beschrieben, auf der Meßlatte in Längsrichtung der Latte in vorbestimmten Abständen LED's, die kodierte Lichtsirahlen aussenden und in dem Nivellier eine lichtempfindliche Meßanordnung sowie eine elektrische Schaltungsanordnung zum Bestimmen jener LED's angeordnet, von der das auf den fotoelektrischen Sensor einfallende Licht ausgeht. Nachteilig bei diesen technischen Lösungen ist der hohe technische Aufwand und die Begrenzung des Meßbereiches durch die lineare Auslegung mit Fotoempfängern. Aus der DE-OS 3427067 ist ein optoelektronisches Längenmeßverfahren mit kodiertem Absolutmaßstab, bei dem der Absolutmaßstab in Meßrichtung abgetastet und ein Saklenausschnitt auf einem optoelektronischen Zeilensensor (CCD-Zeile) abgebildet wird, bekannt und aus dem WP G01B/2990293 ein Längonmeßverfahren, bei dem ein Absolutmaßstab auf einen Zeilensensor abgebildet, die Sensorsignale digitalisiert und in einem Mikrorechner ausgewertet werden. Für die Genauigkeit dieser Längenmeßverfahren ist die Flankensteilheit der Signale der durch die CCD-Zeile abgebildeten Teilstriche sehr wichtig, wobei ein durch Pendelschwingungen des Meßgerätes hervorgerufenes Bildzittern die Flankensteilheit der Signale der Teilstriche sehr nachteilig beeinflußt.There are known for the geometric leveling a variety of methods and arrangements for automation and objectification of the measuring process and the Meßdatenerfassung, for example, replace Meßlatteenteilungen by photoreceptor lines and use of a level emitted laser beam as an index on the yardstick (US-PS 3790277.4029415 and 4030832, DE-AS 1915891, 19923055 and 2756364) or are as described in DE-OS 3213860, on the bar in the longitudinal direction of the bar at predetermined intervals LED's emitting coded Lichtsirahlen and in the level a photosensitive measuring device and an electrical circuit for determining those LED's from which the light incident on the photoelectric sensor emanates. A disadvantage of these technical solutions is the high technical complexity and the limitation of the measuring range by the linear design with photodetectors. From DE-OS 3427067 an optoelectronic length measuring method with coded absolute scale, in which the absolute scale is scanned in the measuring direction and a Saklenausschnitt on an optoelectronic line sensor (CCD line) is shown, known and from the WP G01B / 2990293 a Längonmeßverfahren in which a Absolute scale mapped to a line sensor, the sensor signals are digitized and evaluated in a microcomputer. For the accuracy of these length measuring the edge steepness of the signals of the graduated lines shown by the CCD line graduations is very important, wherein caused by pendulum oscillations of the measuring device image shake affects the edge steepness of the signals of the graduations very disadvantageous.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist eine Erhöhung der Meßgenauigkeit bei der automatisierten geometrischen Höhenmessung durch eine mit einfachen Mitteln und geringem technischen Aufwand realisierte automatische Neigungskompensation des Meßgerätes.The aim of the invention is to increase the accuracy of the automated geometric height measurement by a simple means and low technical complexity realized automatic tilt compensation of the instrument.

-2- 273 886 Darlegung des Wesens der Erfindung-2- 273 886 Explanation of the nature of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Höhenmeßverfahren, bei dem ein in Abtastrichtung kodierter Absolutmaßstab und ein Meßgerät, vorzugsweise ein Nivellier mit einer Sensorzeilenanordnung im Fernrohr, einom Neigungsmesser, einem Mikrorechner und Mitteln zur Eingabe, Ausgabe, Anzeige und Speicherung von Meßdaten verwendet wird sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens so zu gestalten, daß eine automatische Neigungskompensation für das Meßgerät erhalten wird, bei gleichzeitiger Reduzierung der Anzahl der abbildenden und reflektierenden Glas-Luftflächen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur g< ometrischen Höhenmessung dadurch gelöst, daß analog den Signalen eines Neigungsmessers 4, der unabhängig von einem Fernrohr 3 in einem Meßgerät angeordnet ist, der Bezugspunkt für die horizontale Lage des Meßgerätes auf dem Mittelpixel einer CCD-Zeile 8 vorgesehen ist und daß bei geneigtem Meßgerät der Bezugspunkt auf der CCD-Zeile 8 so verschoben w,.d, daß seina der jeweiligen Neigung des Meßgerätes entsprechende Lage den Durchstoßpunkt der horizontalen Zielachse für einen Pixel oder den Bereich zwischen zwei Pixel der CCD-Zeile 8 bestimmt.The invention has for its object a Höhenmeßverfahren in which a coded in the scanning direction absolute scale and a meter, preferably a level with a sensor array in the telescope, einom inclinometer, a microcomputer and means for input, output, display and storage of measured data is used and to arrange an arrangement for carrying out the method so that an automatic tilt compensation for the meter is obtained, while reducing the number of imaging and reflecting glass-air surfaces. According to the invention, this object is achieved in a method for measuring the height by analogy the signals of a inclinometer 4, which is arranged independently of a telescope 3 in a measuring device, the reference point for the horizontal position of the measuring device on the center pixel of a CCD Line 8 is provided and that tilted reference point on the CCD line 8 w, .d, thata the respective inclination of the measuring device corresponding position the piercing point of the horizontal target axis for a pixel or the area between two pixels of the CCD Line 8 determines.

Bei einer ersten Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, mit einer Planplatte und einem Positionssteiler wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Strahlengang zwischen dem Fernrohrobjektiv 6 und der CCD-Zeile 8 in der optischen Achse eine mit einem Positionssteiler 26 verbundene Planplatte 25 so angeordnet ist, daß analog den Signalen des Neigungsmessers 4 ein Mikroprozessor 33 den durch den Positionssteiler 26 vorzugebenden Drehwinkel γ der Planplatte 25 berechnet, damit der in das Fernrohrobjektiv 6 eintretende, horizontale Zielstrahi in den Mittelpunkt der CCD-Zeile 8 abgelenkt wird. Bei einer zweiten Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Meßschraube und einem Positionssteiler wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die CCD-Zeile 8 durch jine mit einem Positionssteller 26 verbundene Meßschraube 25 um einen Verschiebebetrag h, gesteuert wird, der analog den Signalen des Neigungsmessers 4 durch den Mikroprozessor 33 berechnet wird, damit der horizontale Zielstrahl in den Mittelpixel der CCD-Zeile 8 abgelenkt wird.In a first arrangement for carrying out the method, with a plane plate and a position divider, the object is achieved in that in the beam path between the telescope objective 6 and the CCD line 8 in the optical axis connected to a position divider 26 plane plate 25 is arranged in that analogously to the signals of the inclinometer 4, a microprocessor 33 calculates the rotational angle γ of the plane plate 25 to be predetermined by the position divider 26 so that the horizontal target beam entering the telescope objective 6 is deflected into the center of the CCD line 8. In a second arrangement for carrying out the method with a micrometer and a position divider, the object is achieved in that the CCD line 8 by jine connected to a position indicator 26 micrometer 25 by a shift amount h, is controlled analogous to the signals of the inclinometer 4 is calculated by the microprocessor 33, so that the horizontal aiming beam is deflected into the center pixel of the CCD line 8.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Fs zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the schematic drawings. Fs show:

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Anordnung eines Nivelliers in zwei Ausführungsformen Fig. 2: eine graphische Darstellung der Neigungskompensation Fig.3: ein Blockschaltbild der Elektronik1 shows an arrangement according to the invention of a level in two embodiments; FIG. 2 shows a graph of the inclination compensation; FIG. 3 shows a block diagram of the electronics

Beim 1 .Ausführungsbeispiel in Fig. 1 besteht das Nivellier aus einem Unterteil 1, dem Dreifuß und einem um eine Stehachse StA drehbaren Oberteil 2. Das Oberteil 2 enthält ein horizontales Meßfernrohr 3 mit der optischen Achse A-A, umfassend ein Objektiv β mit den Objektivgliedern 7 zur Telewirkung, damit der analaktische °unkt in der Nähe der Stehachse liegt, sowie eine CCD-Zeile 8 in einer Fassung 27, einem Neigungsmesser 4 und eine 2lektronikbav-einheit 5. Ein rhombisches Prisma 9 teilt die optische Achse A-A in eine optische Achse A'-A' für ein visuelles Beobachtungsfernrohr, umfassend das Objektiv 6/7, das Prisma 9, eine Strichplatte 11 unc'ein Okular 12. Das Prisma 9 in einer Fassung 10 ist mit einer Achse 14 verbunden, in einem Lager 15. Durch Drehen eines Hebels 13 um eine Achse B-B wird das Prisma 9 in den Strahlengang A-A geschwenkt. Die Strichplatte 11 und die CCD-Zeile 8 sind auf einem Schlitten 13 auf einer Führung 16 angeordnet, die in einem Lager 17 ruht und die Achse C-C bildet. Der Schlitten 18 wird durch eine Spindel 20 in einem Lager 19 angetrieben, um eine Achse E-E über die Zahnräder 21 und 22 und durch einen Triebknopf 23 um eine Achse D-D gedreht, damit das Meß- und Beobachtungsfernrohr auf eine Bildweite fokussiert sind.1, the level consists of a lower part 1, the tripod and a top part 2 rotatable about a standing axis StA. The upper part 2 contains a horizontal measuring telescope 3 with the optical axis AA, comprising a lens β with the objective elements 7 for telephoto effect, so that the analactic point is close to the vertical axis, and a CCD line 8 in a socket 27, an inclinometer 4 and a 2lektronikbav-unit 5. A rhombic prism 9 divides the optical axis AA in an optical axis A. '-A' for a visual observation telescope comprising the objective 6/7, the prism 9, a reticule 11 and an eyepiece 12. The prism 9 in a mount 10 is connected to an axis 14 in a bearing 15. By turning a lever 13 about an axis BB, the prism 9 is pivoted in the beam path AA. The reticle 11 and the CCD line 8 are arranged on a carriage 13 on a guide 16 which rests in a bearing 17 and forms the axis C-C. The carriage 18 is driven by a spindle 20 in a bearing 19, about an axis E-E via the gears 21 and 22 and rotated by a drive knob 23 about an axis D-D, so that the measuring and observation telescope are focused on an image.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist im Strahlengang A-A zwischen dem Fernrohrobjektiv 6/7 und der CCD-Zeile 8 zusätzlich ein Bauelement 24, umfassend eine Planplatte 25, um eine Achse F-F drehbar und senkrecht zur optischen Achse A-A in Verbindung mit einem Positionssteller 26 angeordnet, wobei der Positionssteller 26 die Planplatte 25 in der Sollage deht, damit der horizontale Zielstrahl auf den Mittelpixel der CCD-Zeile 8 fällt. Anstelle der Planplatte 25 kann auch eine mit dem Positionssteller 26 verbundene nicht näher dargestellte Meßschraube 25 verwendet werden, die die CCD-Zeile 8 senkrecht zur optischen Achse A-A so verschiebt, daß der horizontale Zielstrahl auf den Mittelpixel der CCD-Zeile 8 fälit, der den Bezugspunkt des Meßvorganges darstellt.In the second embodiment, in the beam path AA between the telescope objective 6/7 and the CCD line 8 in addition a component 24, comprising a plane plate 25, about an axis FF rotatable and perpendicular to the optical axis AA in conjunction with a position indicator 26, wherein the Position adjuster 26 the plane plate 25 in the desired position passes so that the horizontal aiming beam falls on the center pixel of the CCD line 8. Instead of the plane plate 25 can also be connected to the position indicator 26 not shown micrometer 25 are used, the CCD line 8 perpendicular to the optical axis AA shifts so that the horizontal aiming beam on the center pixel of the CCD line 8 fälit, the Represents reference point of the measuring process.

In Fig.2 ist das Verfahren der Neigungskompensation graphisch dargestellt. Bei der Neigung des Meßgerätes mit der optischen Achse A-A um einen Winkel φ gegen eine Horizontale ist auch die Stehachse StA um den Winkel φ zur Lotrichtung geneigt. F stellt den vorderen Brennpunkt des Objektivs 6 und F' den hinteren Brennpunkt dar, in dem die CCD-Zeile 8 bei der Zieleinstellung im unendlichen liegt, mit f für die Brennweite des Objektivs 6. Der von der nicht dargestellten Meßplatte durch F führende horizontale Zielstrahl ist die Horizontale, die durch das Objektiv 6 abgelenkt und im Punkt P₉ die CCD-Zeile 8 trifft, wo ein Ausschnitt der Meßlatte abgebildet ist. Der Neigungsmesser 4 mißt dann d^n Winkel φ des Meßgerätes und ein Mikroprozessor 33 berechnet aus der gespeicherten Brennweite P, dem Neigungswinkel φ den Verschiebebetrag h, = Γ tancp und formt diesen in Pixeleinheiten um, um den der Bezugspunkt verschoben ist und so in seiner neuen Lage den Durchstoßpunkt der horizontalen Zielachse auf der CCD-Zeile 8 bestimmt. Dabei kann der Bezugspunkt auf einem Pixel oder in dem Bereich zwischen zwei Pixel fallen. In dem Ausführungsbeispiel 2 mit der Planplatte 25 und dem Positionssteller 26 im Strahlengang des Fernrohrobjektivs 6/7 berechnet der Mikroprozessor 33 aus dem Verschiebebetrag h, den Drehwinkel γ für kleine Winkel näherungsweise nach der Beziehung:2, the method of tilt compensation is shown graphically. In the inclination of the measuring device with the optical axis AA at an angle φ to a horizontal and the standing axis StA is inclined by the angle φ to the vertical direction. F represents the front focal point of the objective 6 and F 'is the rear focal point in which the CCD line 8 is infinite in the target setting, with f for the focal length of the objective 6. The horizontal aiming beam passing through the measuring plate, not shown is the horizontal, which is deflected by the lens 6 and at the point P _9, the CCD line 8 meets where a section of the yardstick is shown. The inclinometer 4 then measures the angle φ of the measuring instrument, and a microprocessor 33 calculates the shift amount h, = Γ tancp from the stored focal length P, the inclination angle φ, and converts it into pixel units about which the reference point is displaced and thus in its new location determines the puncture point of the horizontal target axis on the CCD line 8. The reference point may fall on a pixel or in the area between two pixels. In the embodiment 2 with the plane plate 25 and the position indicator 26 in the beam path of the telescope objective 6/7, the microprocessor 33 calculates from the shift amount h, the angle of rotation γ for small angles approximately by the relationship:

^T d -M.-1 ^T d -M.-1

Der Positionssteller 26 dreht die Planplatte 25 um den Winkel γ so lange, bis der horizontale Zielstrahl zum Mittelpixel der CCD-Zeile 8 abgelenkt ist, der den festen Bezugspunkt darstellt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die CCD-Zeile 8 um den Verschiebebetrag h, über eine Meßschraube 25 in Verbindung mit dem Positionssteller 26 direkt verschoben werden und derThe positioner 26 rotates the plane plate 25 by the angle γ until the horizontal aiming beam is deflected to the center pixel of the CCD line 8, which is the fixed reference point. In a further embodiment, the CCD line 8 can be moved directly by the displacement amount h, via a micrometer 25 in conjunction with the position indicator 26 and the

Mittelpixel der CCO-Zeile 8 ist ebenfalls fester Bezugspunkt. Verwendet man für das Meßfernrohr 3 ein Objektiv 6 ohne Telezentrierung, liegt der analaktische Punkt im vorderen Brennpunkt F des Objektivs 6 und verursacht in Abhängigkeit vom Neigungswinkel φ oinen Höhenmeßfehler. An den von einem Mikroprozessor 33 nach dem WP G01 B/2990293 an der Meßlatte automatisch abgelesenen Höhenwert muß dann zusätzlich ein Korrekturwert Πα = Sa · tanip angebracht werden, wobei Sa die Strecke zwischen F und der Stehachse StA darstellt. Das Vorzeichen h_A richtet sich nach dem Vorzeichen des Neigungswinkels φ.Center pixel of CCO line 8 is also a fixed reference point. If an objective 6 without telecentration is used for the measuring telescope 3, the analactic point lies in the front focal point F of the objective 6 and causes an altitude measurement error as a function of the inclination angle φ. A correction value Πα = Sa · tanip must then additionally be applied to the height value automatically read by a microprocessor 33 according to WP G01 B / 2990293 on the graduation bar, Sa representing the distance between F and the standing axis StA. The sign h _A depends on the sign of the inclination angle φ.

Fig. 3 stellt das Blockschaltbild der Elektronik 5 des Nivelliers dar. In einer Stromversorgungseinheit 32 werden die Betriebsspannungen fü Jie analogen und digitalen Baugruppen in Abhängigkeit von den Steuersignalen des Mikrorechners 33 erzeugt, d. h., daß nur die Baugruppen mit Spannung versorgt werden, die für den aktuellen Meßablauf notwendig sind. Ein Arbeitsspeicher 34 des Mikrorechners 33 wird separat mit Spannung versorgt. Eine Stromversorgungseinheit 35 enthält eine eigene Stützbatterie zur Sicherung von Daten bei ausgeschalteter Meßanordnung und in den Abschaltphasen des Mikrorechners 33. In dem Arbeitsspeicher 34 werden auch alle Geräte- bzw. Meßsystemkonstanten gespeichert, die über eine Tastatur 37 eingegeben werden. Außerdem dienen die Tastaturlogik 36 und die Tastatur 37 dazu, den Mikrorechner 33 über die Stromversorgungseinheit zu aktivieren. Über die Ein-/Ausgabeports 40,41 und 42 wird das Meßsystem gesteuert, wobei der Ein-/Ausgabeport 40 das Abtasten der CCD-Zeile 8 steuert und die Übernahme der Meßwerte aus dem Meßdaten RAM 44 in den Mikrorechner 33. Mit RESET wird der Adreßzähler 48 zurückgesetzt. Ein Signal 47 schaltet dann den Meßdaten RAM 44 so, daß die Übernahme der Meßdaten in den Mikrorechner 33 und des Bildes der CCD-Zeile 8 in den Meßdaten RAM 44 erfolgt. Gleichzeitig wird mit diesem Signal der Takt für den Zähler 48 zwischen Lese-und Schreibtakt umgeschaltet. Die Wandler 45 und 46 dienen zur Anpassung der Spannungspegel des Mikrorechners 33 an die Regelerfordernisse dör CCD-Zeile 8 und ein Komparator 43 bewertet das Ausgangssignal der CCD-Zeile 8 nach beleuchteten und unbeleuchteten Bildpunkten. Eine Baugruppe 20 erzeugt das Abtastsignal für die CCD-Zeile 8, wodurch eine neue Übernahme des Bildes auf die CCD-Zeile 8 in das untere Schieberegister ausgelöst wird. Über den Eingabeport 42 erreichen den Mikrorechner 33 die digitalen Signale des Neigungsmessers 4 und über den Ausgabeport 41 steuert der Mikrorechner 33 einen D/A-Wandler, der den Positionssteller 26 ansteuert. Über die Displays 38 und 39 werden dann die Moßergebnisse angezeigt.FIG. 3 shows the block diagram of the electronics 5 of the level. In a power supply unit 32, the operating voltages for the analog and digital modules are generated in dependence on the control signals of the microcomputer 33, i. h., That only the modules are supplied with voltage that are necessary for the current measurement process. A main memory 34 of the microcomputer 33 is supplied separately with voltage. A power supply unit 35 contains its own backup battery for securing data when the measuring device is switched off and in the shutdown phases of the microcomputer 33. The memory 34 also stores all device constants that are input via a keyboard 37. In addition, the keyboard logic 36 and the keyboard 37 serve to activate the microcomputer 33 via the power supply unit. About the input / output ports 40,41 and 42, the measuring system is controlled, the input / output port 40 controls the scanning of the CCD line 8 and the acquisition of the measured values from the measured data RAM 44 in the microcomputer 33. With RESET the Address counter 48 reset. A signal 47 then switches the measured data RAM 44 so that the acquisition of the measured data into the microcomputer 33 and the image of the CCD line 8 takes place in the measured data RAM 44. At the same time the clock for the counter 48 is switched between read and write clock with this signal. The transducers 45 and 46 serve to match the voltage levels of the microcomputer 33 to the control requirements of CCD line 8 and a comparator 43 evaluates the output of the CCD line 8 for illuminated and unlit pixels. An assembly 20 generates the scanning signal for the CCD line 8, whereby a new acquisition of the image on the CCD line 8 is triggered in the lower shift register. About the input port 42 reach the microcomputer 33, the digital signals of the inclinometer 4 and the output port 41, the microcomputer 33 controls a D / A converter which drives the position controller 26. The measured results are then displayed via the displays 38 and 39.

Bei der geometrischen Höhenmessung wird von einem Beobachter zuerst das Meßgerät mit den Fußschrauben 31 des Dreifußes 1 nach einer Dosenlibelle 29 grob horizontiert. Danach wird durch Drehen eines Hebels 13 das Beobachtungsfernrohr eingestellt und die Meßlatte im Zielpunkt angezielt. Dabei fokussiert der Beobachter das Lattenbild genau auf die Strichplatte 11 mit der Meßschraube 23. Gleichzeitig ist automatisch das Lattenbild auf der CCD-Zeile 8 eingestellt. Der Beobachter zielt dann mit einem Seitenfeintricb 30 die nicht näher dargestellte Meßlatte an, schaltet das Prisma 9 aus und das Meßgerät ist meßbereit, in dem über eine Tastatur 37 die Meßdaten und die Daten des Neigungsmessers 4 in den Mikrorechner 33 eingegeben werden, zur Steuerung des Auslesens der CCD-Zeile 8 und der Übernahme des Bildes in den Arbeitsspeicher 34. Danach wird der Verschiebungsbetrag h, in Pixeleinheiten umgerechnet, um den Bezugspunkt vom Mittelpixel auf den neuen Pixel oder Gereich der CCD-Zeile 8 zu verschieben. Weiterhin erfolgt die Auswertung des im Maßdatan RAM 44 abgelegten Lattenbildes bezüglich des neuen Bezugspixels zum Meßwert und der Korrekturwert h_A zur Berücksichtigung des Einflusses des analaktischen Punktes wird berechnet und der Meßwert angezeigt und gespeichert.In the geometric height measurement is first roughly leveled by an observer, the meter with the foot screws 31 of the tripod 1 after a circular level 29. Thereafter, by turning a lever 13, the observation telescope is adjusted and the yardstick aimed at the target point. In this case, the observer focuses the slat image exactly on the reticle 11 with the micrometer 23. At the same time the slat image on the CCD line 8 is set automatically. The observer then aims with a Seitenfeintricb 30, not shown, off the prism 9 and the meter is ready to measure, in which a keyboard 37, the measurement data and the data of the inclinometer 4 are entered into the microcomputer 33, to control the Reading the CCD line 8 and transferring the image to the working memory 34. Thereafter, the shift amount h is converted into pixel units to shift the reference point from the center pixel to the new pixel or area of the CCD line 8. Furthermore, the evaluation of the slat image stored in the dimension data RAM 44 with respect to the new reference pixel to the measured value and the correction value h _A for the consideration of the influence of the analactic point is calculated and the measured value is displayed and stored.

Claims (3)

1. Verfahren zur geometrischen Höhenmessung, mit einer kodierten Meßlatte im Zielpunkt, mit einem Meßgerät, vorzugsweise ein Nivellier im Standpunkt, umfassend ein horizontal angeordnetes Fernrohr mit einer Sensorzeilenanordnung (vorzugsweise eine CCD-Zeile) in einer ersten Bildebene des Fernrohrobjektivs, deren Pixel ein Bezugspunkt zugeordnet ist, eine Strichplatte in einer zweiten Bildebene des Fernrohrobjektivs, in die das Lattenbild nach Einschwenken eines Prismas in den Strahlengang zur Sensorzeilenanordnung reflektiert wird, einen Neigungsmesser, einen Mikroprozessor sowie Speicher zur Auswertung und Speicherung von Meßdaten und Mittel zur Eingabe, Ausgabe und Anzeige von Meßdaten und Geratet onstanten, gekennzeichnet dadurch, daß analog den Signalen eines Neigungsmessers 4, der unabhängig von einem Fernrohr 3 in einem Meßgerät angeordnet ist, der Bezugspunkt für die horizontale Lage des Meßgerätes auf dem Mittelpixel einer CCD-Zeile 8 vorgesehen ist und daß bei geneigtem Meßgerät der Bezugspunkt auf der CCD-Zeile 8 so verschoben wird, daß seine der jeweiligen Neigung des Meßgerätes entsprechende Lage den Durchstoßpunkt der horizontalen Zielachse für einen Pixel oder den Bereich zwischen zwei Pixel der CCD-Zeile 8 bestimmt.A method for geometric height measurement, with a coded bar in the target point, with a measuring device, preferably a level in the viewpoint, comprising a horizontally arranged telescope with a sensor array (preferably a CCD line) in a first image plane of the telescope objective whose pixels are a reference point is assigned, a reticle in a second image plane of the telescope objective, in which the slat image is reflected after pivoting a prism in the beam path to the sensor array, an inclinometer, a microprocessor and memory for the evaluation and storage of measurement data and means for input, output and display of Measured data and device onstanten, characterized in that analogous to the signals of a inclinometer 4, which is arranged independently of a telescope 3 in a meter, the reference point for the horizontal position of the measuring device on the center pixel of a CCD line 8 is provided and that at ge inclined measuring device, the reference point on the CCD line 8 is shifted so that its position corresponding to the respective inclination of the measuring device determines the puncture point of the horizontal target axis for a pixel or the area between two pixels of the CCD line 8. 2. Anordnung zur geometrischen Höhenmessung, gekennzeichnet dadurch, daß im Strahlengang zwischen einem Fernrohrobjektiv 6/7 und der CCD-Zeile 8 in der optischen Achse A-A eine mit einem Positionssteller 26 verbundene Planplatte 25 so angeordnet ist, daß analog den Signalen des Neigungsmessers 4 ein Mikroprozessor 33 den durch den Positionssteller 26 vorzugebenden Drehwinkel γ der Planplatte 25 berechnet, damit der in das Fernrohrobjektiv 6/7 eintretende horizontale Zielstrahl in den Mittelpixel der CCD-Zeile 8 abgelenkt wird.2. Arrangement for geometrical height measurement, characterized in that in the beam path between a telescope objective 6/7 and the CCD line 8 in the optical axis AA arranged with a position indicator 26 plane plate 25 is arranged so that analog to the signals of the inclinometer 4 a Microprocessor 33 calculates the predetermined by the position controller 26 rotation angle γ of the plane plate 25 so that the entering into the telescope objective 6/7 horizontal aiming beam is deflected into the center pixel of the CCD line 8. 3. Anordnung zur geometrischen Höhenmessung, gekennzeichnet dadurch, daß die CCD-Zeile 8 durch eine mit dem Positionssteller 26 verbundene Meßschraube 25 um einen Verschiebebetrag h_z gesteuert wird, der analog den Signalen des Neigungsmessers 4 durch den Mikroprozessor 33 berechnet wird, damit der in das Fernrohrobjektiv 6/7 eintretende horizontale Zielstrahl in den Mittelpixel der CCD-Zeile 8 abgelenkt wird.3. Arrangement for geometric height measurement, characterized in that the CCD line 8 is controlled by a connected to the position indicator 26 micrometer 25 by a shift amount h _z, which is calculated analogously to the signals of the inclinometer 4 by the microprocessor 33, so that in the telescope objective 6/7 entering horizontal aiming beam is deflected into the center pixel of the CCD line 8. Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur geometrischen Höhenmessung und Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens, das eine automatisierte Kompensation der Geräteneigung ermöglicht. Das Verfahren ist zur Durchführung des automatisierten Nivellements, des Präzisionsnivellements und zur Kompensation des Höhenindexfehlers bei Theodoliten anwendbar.The invention relates to a method for geometric height measurement and arrangements for carrying out the method, which allows automated compensation of the device tilt. The method is applicable to performing automated leveling, precision leveling and compensating for altitude index error in theodolites. Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Es sind für das geometrische Nivellement eine Vielzahl von Verfahren und Anordnungen zur Automatisierung und Objektivierung des Meßprozesses und der Meßdatenerfassung bekannt, die beispielsweise Meßlattenteilungen durch Fotoempfängerzeilen ersetzen und den von einem Nivellier ausgesendeten Laserstrahl als Index auf der Meßlatte verwenden (US-PS 3790277,4029415 und 4030832, DE-AS 1915891,1923055 und 2756364) oder es sind wie in der DE-OS 3213860 beschrieben, auf der Meßlatte in Längsrichtung der Latte in vorbestimmten Abständen LED's, die kodierte Lichtstrahlen aussenden und in dem Nivellier eine lichtempfindliche Meßanordnung sowie eine elektrische Schaltungsanordnung zum Bestimmen jener LED's angeordnet, von der das auf den fotoelekirischen Sensor einfallende Licht ausgeht. Nachteilig bei diesen technischen Lösungen ist der hohe technische Aufwand und die Begrenzung des Meßbereiches durch die lineare Auflegung mit Fotoempfängern. Aus der DE-OS 3427067 ist ein optoelektronisches LängenmeGverfahren mit kodiertem Absolutmaßstab, bei dem der Absolutmaßstab in Meßrichtung abgetastet und ein Saklenausschnitt auf einem optoelektronischen Zeilensensor (CCD-Zeile) abgebildet wird, bekannt und aus dem WP G01 B/2990293 ein Längenmoßverfahren, bei dem ein Absolutmaßstab auf einen Zeilensensor abgebildet, die Sensorsignalß digitalisiert und in einem Mikrorechner ausgewertet werden. Für die Genauigkeit dieser Längenmeßverfahren ist die Flankensteilheit der Signale der durch die CCD-Zeile abgebildeten Teilstriche sehr wichtig, wobei ein durch Pendelschwingungen des Meßgerätes hervorgerufenes Bildzittern die Flankensteilheit der Signale der Teilstriche sehr nachteilig beeinflußt.There are known for the geometric leveling a variety of methods and arrangements for automation and objectification of the measuring process and the Meßdatenerfassung, for example, replace Meßlatteenteilungen by photoreceptor lines and use of a level emitted laser beam as an index on the yardstick (US-PS 3790277.4029415 and 4030832, DE-AS 1915891, 19923055 and 2756364) or are as described in DE-OS 3213860, on the yardstick in the longitudinal direction of the bar at predetermined intervals LED's emitting coded light beams and in the level of a photosensitive measuring device and an electrical circuit for determining those LED's from which the light incident on the photoelectric sensor emanates. A disadvantage of these technical solutions is the high technical complexity and the limitation of the measuring range by the linear application with photoreceptors. From DE-OS 3427067 an optoelectronic LängenmeGverfahren with coded absolute scale in which the absolute scale is scanned in the measuring direction and a Saklenausschnitt on an optoelectronic line sensor (CCD line) is shown, known and from the WP G01 B / 2990293 a Längenmoßverfahren in which an absolute scale is mapped to a line sensor, the Sensorsignalß digitized and evaluated in a microcomputer. For the accuracy of these length measuring the edge steepness of the signals of the graduated lines shown by the CCD line graduations is very important, wherein caused by pendulum oscillations of the measuring device image shake affects the edge steepness of the signals of the graduations very disadvantageous. Ziel der ErfindungObject of the invention Ziel der Erfindung ist eine Erhöhung der Meßgenauigkeit bei der automatisierten geometrischen Höhenmessung durch eine mit einfachen Mitteln und geringem technischen Aufwand realisierte automatische Neigungskompensation des Meßgerätes.The aim of the invention is to increase the accuracy of the automated geometric height measurement by a simple means and low technical complexity realized automatic tilt compensation of the instrument.