DE19545589A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen und Markieren - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen und MarkierenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Vermessen und Markieren an distanzierten Linien,
Flächen oder in zumindest teilweise geschlossenen Räumen
mit den Merkmalen im Oberbegriff des Verfahrens- und
Vorrichtungshauptanspruchs. Die Erfindung steht in
Zusatzbeziehung zum Hauptpatent DE-P 44 43 413.8.
Aus der Praxis sind Verfahren zur Vermessung von
geschlossenen Räumen bekannt, bei denen ein oder mehrere
relevante Raumpunkte vermessen werden. Aus der Lage bzw.
den Koordinaten wird dann die Lage der Raumflächen
berechnet. Hierbei findet eine absolute Vermessung statt,
was ein exaktes Einrichten und Nivellieren des Meßgerätes
erfordert. Sollen in dem vermessenen Raum Punkte, Linien
oder Flächen markiert werden, muß dies in einem separaten
Arbeitsgang erfolgen, wobei aus den vorher gemessenen
Ist-Werten bestimmte Bezugspunkte oder Bezugslinien aus
Strecken und Winkel für die gewünschten Markierungen
abgetragen werden. Diese Vorgehensweise kostet Zeit und
erfordert den Einsatz von Fachkräften. Meistens sind auch
mehrere Personen zur Durchführung der Arbeiten
erforderlich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfacheres
Verfahren und eine hierfür geeignete Vorrichtung
aufzuzeigen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im
Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruch.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen die
Vermessung und Markierung mit Hilfe ein idealisierbaren
mathematischen Modells. Dies bietet unter anderem die
Möglichkeit zur Ermittlung und Korrektur von Raumfehlern.
In dem Modell kann die Lage von gesuchten oder
vorgegebenen Konstruktions- oder Markierpunkten bestimmt
werden und dann in geeigneter Weise, gegebenenfalls mit
einer Fehleranzeige und/oder Fehlerkorrektur an den
Objekten des realen Raums markiert werden. Dies läßt eine
optimierbare Einpassung und Montage von Konstruktionen in
realen fehlerbehafteten Räumen zu. Das virtuelle
idealisierte Modell der Linien, Flächen oder Räume wird
relativ zum Bezugsort dargestellt. Es kann in
verschiedener Weise an den realen Raum angepaßt z. B.
einbeschrieben werden.
Es ist nur eine Relativvermessung erforderlich, weil
Vermessung und Markierung vorzugsweise vom selben
Bezugsort aus vorgenommen werden. Der Bezugsort kann
allerdings auch wechseln, wenn bei der Neupositionierung
die gleichen realen Raumpunkte wie beim erstmaligen
Aufstellen angemessen werden und eine
Koordinatentransformation durchgeführt wird. Ein
Einrichten und Nivellieren des Meßgerätes kann entfallen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der dazugehörigen
Vorrichtung können beliebige distanzierte Linien und
Flächen sowie zumindest teilweise von Wänden umschlossene
Räume vermessen werden. Der Einsatz ist sowohl im Freien
wie auch in geschlossenen Räumen möglich.
Der apparative und verfahrenstechnische Aufwand ist
gering. Für die Bedienung genügt eine einzige Person. Das
Vermessen und Markieren kann sehr schnell durchgeführt
werden.
Besondere Fachkenntnisse im Vermessungswesen sind nicht
erforderlich. Die Auswerteeinheit der Meß- und
Markiervorrichtung ist mit einem Mikrocomputer und einem
Programm zur Erstellung des idealisierbaren mathematischen
Modells ausgerüstet. Der Mikrocomputer kann sämtliche
anfallenden Berechnungen durchführen und an der Anzeige
die zum manuellen Anfahren der gewünschten Markierpunkte
erforderlichen Winkel angeben oder über Antriebe
selbsttätig ansteuern.
In geeigneten implementierten Programmodulen oder über
Programmierschnittstellen zu anderen Zeichen- oder
Konstruktionsprogrammen lassen sich spezielle Berechnungen
zur Ermittlung der Konstruktions- oder Markierpunkte bzw.
der von den Markierpunkten gebildeten Linien oder Flächen
durchführen. Dabei können Montagevorgaben,
Optimierungsroutinen etc. implementiert sein.
Von besonderem Vorteil sind das Verfahren und die Meß- und
Markiervorrichtung für das Baugewerbe, insbesondere
Architekten, Ingenieure und Handwerker. So können z. B.
für die Montage von abgehängten Decken, eingezogenen
Zwischenwänden etc. die Vermessungs- und Markierarbeiten
vom Architekten, Ingenieur oder Handwerksmeister
durchgeführt werden. Für die Montagearbeiten, die sich an
den bereits vorhandenen Markierungen orientieren, sind
dann keine besonders ausgebildeten Fachkräfte mehr
erforderlich. Darüberhinaus gibt es beliebige andere
Einsatzbereiche im Maschinenbau oder sonstigen Bereichen.
Über die Programmierschnittstelle kann z. B. an der
Baustelle direkt auf die Planvorgaben in einem
CAD-Programm oder dgl. des Architekten oder Bauingenieurs
zugegriffen werden. Hierbei kann auch eine Rückkopplung in
das CAD-Programm und eine Anpassung dortiger anderer
Planvorgaben an die reale Baustruktur erfolgen.
Die Meß- und Markiervorrichtung kann unterschiedlich
ausgebildet sein. In der bevorzugten Ausführungsform kommt
ein Laserdistanzmeßgerät zum Einsatz, das mit einem
optisch sichtbaren Laserstrahl sowohl ein Anvisieren und
Vermessen der auf zunehmenden Raumpunkte wie auch ein
Anvisieren der Markierpunkte gestattet. In einer besonders
optimierten Ausführungsform werden die zu vermessenden
Raumpunkte von Hand angesteuert, wobei die Markierpunkte
anschließend aber maschinell und selbsttätig von der Meß-
und Markiervorrichtung angefahren werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das auf einem
Relativbezug zwischen Vermessung und Markierung basiert,
können aber auch absolute Vermessungen und Markierungen
durchgeführt werden. Hierfür kann eine System-Nivellierung
durchgeführt werden, die das mathematische Modell in
Beziehung zu den tatsächlichen Richtungen im Raum setzt.
Dadurch können z. B. Lote im Raum gefällt werden und
Horizontalrisse oder dgl. andere absolute Raumrichtungen
markiert werden.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und
schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1: eine Meß- und Markiervorrichtung in
perspektivischer Darstellung,
Fig. 2: einen Schemaplan der Signalflüsse,
Fig. 3: ein Koordinatensystem zur Ermittlung der Raum-
und Markierpunkte,
Fig. 4: eine Gegenüberstellung des realen Raums und
eines idealisierten mathematischen Modells,
Fig. 5: verschiedene Anpassungsmöglichkeiten des
idealisierten mathematischen Modells an den
realen Raum und
Fig. 6: Verschiedene Markierungsmöglichkeiten an einer
realen Fläche bei Abweichungen von Soll- und
Istlage eines Markierpunkts.
Fig. 1 zeigt eine Meß- und Markiervorrichtung, die im
wesentlichen aus einem Gestell (17), einem kardanisch
gelagerten Laserdistanzmeßgerät (6), zwei Winkelmessern
(7, 9) und einer Auswerteeinheit (12) besteht. Das
Laserdistanzmeßgerät (6) sendet einen Laserstrahl (4) aus,
über den zum einen Entfernungen von Punkten gemessen
werden können, die mit dem optisch sichtbaren Laserstrahl
(4) anvisiert werden. Der gleiche Laserstrahl (4) dient
aber auch zur Markierung von Punkten an realen Objekten.
Die kardanische Lagerung des Laserdistanzmeßgerätes (6)
wird von einer im wesentlichen vertikalen Drehachse (8)
und einer orthogonal dazu verlaufenden horizontalen
Schwenkachse (10) gebildet. Das Laserdistanzmeßgerät (6)
ist am Schnittpunkt der beiden Achsen (8, 10) angeordnet,
wobei der Laserstrahl (4) durch diesen Schnittpunkt
verläuft. Der Schnittpunkt wird als Bezugsort (3)
bezeichnet.
Das Gestell (17) weist eine Bodenplatte (19) auf, die eine
Aufstellung der Meß- und Markiervorrichtung auf einem
geeigneten Untergrund, z. B. einem Stativ, erlaubt. Auf
der Grundplatte (19) ist die vertikale Drehachse (8)
angeordnet, die eine Gabel (18) trägt. Zwischen den
Gabelenden verläuft die horizontale Schwenkachse (10), an
der das Laserdistanzmeßgerät (6) montiert ist. Es
empfiehlt sich, die Lagerung so auszubilden, daß
Freiheitsgrade lediglich für eine Achsenrotation mit 360°
für die Drehachse (8) und einem kleineren Neigungswinkel
für die Schwenkachse (10) vorhanden sind.
Die Auswerteeinheit (12) ist im gezeigten
Ausführungsbeispiel an der Gabel (18) befestigt. Sie kann
aber auch an einer beliebigen anderen Stelle des Gestells
(17) angeordnet sein. Alternativ ist auch eine externe
oder mobile Auswerteeinheit (12) möglich.
An den beiden Achsen (8, 10) ist jeweils ein Winkelmesser
(7, 9) angeordnet, der vorzugsweise als Absolutwertgeber
ausgebildet ist. Alternativ kann es sich auch um einen
referierbaren Relativgeber handeln. Beide Winkelmesser
(7, 9) besitzen eine hohe Auflösung und Meßgenauigkeit von
z. B. 1/1000°.
Das Laserdistanzmeßgerät (6) und die beiden Winkelmesser
(7, 9) sind mit der Auswerteeinheit (12) verbunden. Die
Verbindung kann über festverdrahtete Leitungen, aber auch
drahtlos über Funk oder dergleichen erfolgen. Die
Auswerteeinheit (12) besitzt vorzugsweise einen
Mikrocomputer, der mit Daten- und Programmspeichern
ausgerüstet ist. Die Auswerteeinheit (12) verfügt außerdem
über eine Anzeige (14), z. B. einen mehrteiligen
LCD-Bildschirm und eine Eingabeeinheit (15), die
beispielsweise als Tastatur ausgebildet ist. Außerdem kann
die Auswerteeinheit (12) über ein oder mehrere
Schnittstellen (16) für einen externen Datenaustausch
verfügen.
An den Achsen (8, 10) können geeignete motorische Antriebe
(11) angeordnet sein. Diese lassen sich von der
Auswerteeinheit (12) fernbedienen. Zu diesem Zweck ist
eine geeignete Steuerung (13) in die Auswerteeinheit (12)
integriert. Fig. 2 zeigt schematisch die verschiedenen
Komponenten und die Datenflüsse.
Die Meß- und Markiervorrichtung (1) dient zur
meßtechnischen Erfassung und zur Markierung von Punkten im
dreidimensionalen Raum. Fig. 3 verdeutlicht die
Beziehungen z. B. in einem polaren Koordinatensystem. Die
Lage eines auf zunehmenden Raumpunktes (2) oder eines
Markierpunktes (5) läßt sich vorzugsweise durch zwei
orthogonale Raumwinkel Φ1 und Φ2 und die Entfernung zum
Ursprung des Koordinatensystems beschreiben. Der Ursprung
des Koordinatensystems ist der sogenannte Bezugsort (3),
d. h. der Schnittpunkt der zwei Achsen (8, 10) und des
Strahls (4) im Laserdistanzmeßgerät (6). Es handelt sich
somit um ein relatives, auf das Laserdistanzmeßgerät (6)
bezogenes Koordinatensystem, in dem sowohl der Raumpunkt
(2), wie auch der Markierpunkt (5) vermessen bzw.
angezeigt werden. Fig. 3 verdeutlicht dies schematisch
durch die Andeutung eines Stativs mit der aufgebauten Meß-
und Markiervorrichtung (1) bzw. dem Laserdistanzmeßgerätes
(6).
Mit der Meß- und Markiervorrichtung (1) können
distanzierte Linien, insbesondere Strecken, Flächen und
durch mehrere Flächen gebildete, d. h. zumindest teilweise
geschlossene Räume vermessen werden.
Die Vermessung erfolgt durch dreidimensionale
meßtechnische Aufnahme von mindesten einem, vorzugsweise
mehreren relevante Raumpunkten (2), die für die
Beschreibung der Linie, Fläche oder Räumlichkeit
charakteristisch sind. Zur Erfassung der räumlichen Lage
von Linien oder Flächen empfiehlt es sich, jeweils den
umgebenden Raum aufzunehmen. Bei einer Linie wird z. B.
auch die Fläche oder Ebene erfaßt, in der die Linie liegt.
Dazu werden zwei oder mehr auf der Linie liegende
Raumpunkte (2) und mindestens ein Raumpunkt (2) auf der
umgebenden Fläche aufgenommen.
Zur Erfassung der räumlichen Lage einer Fläche werden drei
oder mehr Raumpunkte (2) auf dieser Fläche und mehrere
Raumpunkte (2) von mindestens einer winklig daran
angrenzenden zweiten oder weiteren Fläche aufgenommen. Die
Raumpunkte (2) können auch auf den Schnittlinien der
Flächen und insbesondere in Raumecken liegen. Bei der
Vermessung eines Raumes werden alle seine
Begrenzungsflächen aufgenommen. In der Praxis werden in
der Regel vier bis acht oder mehr Raumpunkte (2) erfaßt.
Die polaren Koordinaten dieser Punkte (2, 5) werden aus dem
für die Raumwinkel Φ1 und Φ2 von den Achsen (8) und (10)
gelieferten Meßwerten und der vom Laserdistanzmeßgerät (6)
gemeldeten Entfernung in der Auswerteeinheit (12)
ermittelt und zumindest zeitweise gespeichert. Die Lage
der Punkte (2, 5) wird vektoriell dargestellt. Vektoren
können dabei auch in Abhängigkeit von anderen Vektoren
dargestellt werden, wobei die Funktionen nicht unbedingt
linearen Charakter haben müssen. Es lassen sich auch
quadratische, kubische und andere Funktionen, z. B.
Spline-Funktionen, formulieren.
Die Auswerteeinheit (12) bzw. der Mikrocomputer ist in der
Lage, mit den gemessenen Raumpunkten (2) Berechnungen
anzustellen. Dabei können verschiedene Rechenoperationen
durchgeführt werden, wie Umrechnung von Punktkoordinaten
(polar-kartesisch), Kombination von Anfangs- und Endpunkt
zur Strecke, Kombination von drei Punkten oder einer
Strecke und eines Punktes oder zwei Strecken zur Fläche,
Berechnung von relativen Lagen (Punkt-Punkt, Punkt-Fläche,
Punkt-Strecke, Strecke-Strecke, Strecke-Fläche,
Fläche-Fläche), Translation (Verschiebung) und
Transformation (Rotation, Skalierung etc.) von Punkten,
Strecken und Flächen und Berechnung von Punkten durch
Kombination von Strecken sowie Linien oder von Strecken
durch Kombination von Flächen.
Die gemessenen Raumpunkte (2) werden zueinander in Bezug
gesetzt. Aus zwei Raumpunkten (2) können in bekannter
Weise vektoriell eine Strecke und aus drei Raumpunkten (2)
eine Fläche berechnet werden. Auf diese Weise wird aus den
relevanten Raumpunkten (2) ein dreidimensionales Abbild
als mathematisches virtuelles Modell der realen
aufgenommenen Linien, Flächen oder Räumlichkeiten
erstellt. Das Abbild hat durch die vorerwähnte Aufnahme
des umgebenden Raums für Linien oder Flächen jeweils eine
Dimension oder Raumbeziehung mehr.
Fig. 4 und 5 verdeutlichen das mathematische Modell (20)
und seine Beziehung zum realen Raum (21). Das
mathematische Modell (20) kann idealisiert werden. Es läßt
sich in seiner Größe und seiner Lage verändern. Es kann an
den realen Raum (21) in unterschiedlicher Weise angepaßt
sein. Vorzugsweise stellen die gemessenen realen
Raumpunkte (2) die äußeren Begrenzungen des mathematischen
Modells (20) dar.
Fig. 5 verdeutlicht eine Auswahl von drei verschiedenen
Möglichkeiten a, b, c. Zur vereinfachten Darstellung wird
der reale Raum (21) jeweils als Kreis und das
mathematische Modell (20) als Quadrat dargestellt. Die
Variante a zeigt die Umschreibung des realen Raums (21)
durch das außenseitig umgebende mathematische Modell (20).
Variante b verdeutlicht die Einbeschreibung des
mathematischen Modells (20) in den realen Raum (21). In
der Variante c erfolgt die Anpassung nach der sogenannten
"best fit"-Methode.
Die Idealisierung des virtuellen mathematischen Modells
(20) kann ebenfalls auf unterschiedliche Weise erfolgen.
Zum Teil wird sie auch bereits durch die Auswahl der
aufgenommenen relevanten Raumpunkte (2) bestimmt. Im
Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ist ein im wesentlichen
kubischer realer Raum (21) dargestellt, der jedoch schiefe
und verzogene Wände hat, wie dies in der Praxis häufig
vorkommt. Das idealisierte mathematische Modell (20) hat
hingegen eine genaue Kubusform mit rechteckigen Wänden,
die senkrecht aufeinanderstehen. Es ist in der gezeigten
Ausführungsform in den realen Raum (21) einbeschrieben.
Das mathematische Modell (20) ist auf die aufgenommenen
realen Raumpunkte (2) bezogen und hat damit auch eine
Beziehung zum Bezugsort (3). Die Stützpunkte des
mathematischen Modells (20) müssen nicht auf den realen
Raumpunkten (2) liegen, was allein schon wegen der
Idealisierung nur teilweise möglich ist. Fig. 4
verdeutlicht dies an der hinteren senkrechten Wand, an der
nur die beiden unteren realen Raumpunkte (2) zugleich die
Stützpunkte der entsprechenden Wand oder Fläche des
idealisierten mathematischen Modells (20) sind. In allen
anderen Ecken weichen die Stützpunkte des mathematischen
Modells (20) von den realen Raumpunkten (2) ab. Die
Stützpunkte des Modells (20) können aber auch vollkommen
von den realen Raumpunkten (2) gelöst sein. Sie stehen
aber in einem bekannten Bezug und haben zum Beispiel einen
bestimmten wählbaren Abstand.
Das idealisierte mathematische beziehungsweise virtuelle
Modell (20) stellt ein Objekt mit bestimmten vorgegebenen
Eigenschaften, z. B. einen Kubus, dar. Wie vorerwähnt, läßt
sich die Größe und Lage des Modells (20) verändern. Wird
z. B. ein Stützpunkt verschoben, ändern sich auch die
benachbarten Stützpunkte, so daß stets die Kubusform
erhalten bleibt.
Das mathematische Modell (20) kann eine beliebige Form und
Dimension haben. Der vorhandene reale Raum (21) kann auch
durch mehrere zusammengesetzte mathematische Modelle (20)
nachgebildet werden. Ein idealer Eisenbahntunnel wird z. B.
durch die Kombination eines längshalbierten Zylinders auf
einem Quader mit quadratischem Querschnitt idealisiert.
Moderne Virtual-Reality-Systeme verwenden zur Darstellung
nicht nur lineare Systeme (Drahtgittermodelle), sondern
erzeugen Vektoren-Scharen, z. B. nach Spline-Funktionen.
Ein auf Spline-Funktionen basierendes mathematisches
Modell (20) kommt mit wesentlich weniger Stützpunkten als
ein Drahtgittermodell aus und kann Zwischenwerte
selbständig ausrechnen. Besonders hilfreich ist ein
solches Modell (20), wenn gerundete Objekte idealisiert
werden sollen.
Die Auswerteeinheit (12) hat zur Erstellung des
idealisierten mathematischen Modells (20) ein geeignetes
Programm. Zudem können Programmierschnittstellen zu
geeigneten Zeichen- oder Konstruktionsprogrammen vorhanden
sein, z. B. zu einem CAD-Programm eines Architekten oder
Bauingenieurs.
Mit der Meß- und Markiervorrichtung können auf umgekehrtem
Weg Markierpunkte (5) mit beliebiger Wiederholgenauigkeit
im Rahmen der Meßauflösung wieder auf eine Fläche
projiziert werden. Der optisch sichtbare Laserstrahl (4)
erzeugt beim Auftreffen auf die Fläche, insbesondere die
Wand eines Raumes, einen gut sichtbaren Leuchtpunkt. An
dieser Stelle kann dann von Hand eine bleibende Markierung
angebracht werden. Bei einer geeigneten Ausgestaltung
lassen sich mit dem Laserdistanzmeßgerät (6) aber auch
bleibende Markierungen auf der Fläche erzeugen, z. B.
einbrennen.
Das Markieren erfolgt vorzugsweise vom gleichen Standort
der Meß- und Markiervorrichtung und damit vom gleichen
Bezugsort (3) aus. Der Standort bzw. die räumliche Lage
des Bezugsorts (3) können allerdings auch gewechselt
werden, wenn die Translation bekannt oder berechenbar ist.
Hierzu kann z. B. bei der Neupositionierung der gleiche
Raumbezug wie bei der vorherigen Aufstellung durch
Anmessen der gleichen drei oder mehr fixen Raumpunkte bzw.
der gleichen zwei fixen Raumpunkte in Verbindung mit einem
Raumlot oder einer Horizontalen hergestellt werden. Durch
Koordinatentransformation läßt sich dann die Verschiebung
berechnen und das mathematische Modell (20) bzw. die
Markierfunktion korrigieren.
Die Lage bzw. die Koordinaten der erforderlichen
Markierpunkte (5) werden in der Auswerteeinheit (12)
berechnet. Sie müssen nicht auf der aufgenommenen Linie,
Fläche oder Räumlichkeit liegen, sondern können hierzu in
einer beliebigen Beziehung stehen. Der Markierpunkt (5)
kann z. B. der Endpunkt eines Lotes sein, das auf die
aufgenommene Linie zu fällen ist.
Für die Berechnung der Konstruktions- oder Markierpunkte
(5) werden von Hand über die Tastatur (15) oder eine
Schnittstelle (16) die erforderlichen Daten eingegeben.
Diese Daten können z. B. abzutragende Entfernungen oder
Winkel von bestimmten Bezugslinien oder -punkten der
Fläche oder des Raumes sein. Alternativ können die Daten
aber auch bereits in einem Speicher in der Auswerteeinheit
(12) abgelegt sein oder als fertige oder noch zu
berechnende bzw. anzupassende Konstruktion über die
Programmierschnittstelle (n) eingespielt werden.
Zum Anfahren des rechnerisch ermittelten Markierpunktes
(5) werden die Raumwinkel Φ1 und Φ2 nach Größe und
Richtung sowie die erforderliche Strahl-Distanz am Display
(14) angezeigt. Es können aber auch die von der momentanen
Stellung des Laserdistanzmeßgerätes (6) bis zum
Markierpunkt (5) zurückzulegenden Winkel und die
Entfernungsdifferenz angegeben werden. Über die
Winkelmesser (7, 9) wird die aktuelle Winkelstellung
ständig gemessen und kann auch angezeigt. Der Markierpunkt
(5) ist erreicht, wenn alle Abweichungen im Rahmen der
Meßgenauigkeit zu 0 werden.
Zum Anvisieren und Vermessen der relevanten Raumpunkte (2)
wird das Laserdistanzmeßgerät (6) von Hand über die Achsen
(8, 10) gedreht. Das Anfahren der Markierpunkte (5) kann
ebenfalls von Hand erfolgen. Bei der Anordnung von
fernbedienbaren Antrieben (11) kann die Auswerteeinheit
(12) über die Steuerung (13) die Markierpunkte (5) auch
selbständig anfahren.
Die Berechnung und Markierung der Konstruktions- oder
Markierpunkte (5) erfolgt im mathematischen Modell (20).
Wenn der reale Raum (21) wenig fehlerbehaftet ist, deckt
er sich im wesentlichen mit dem mathematischen Modell
(20), wobei die Markierpunkte (5) im mathematischen Modell
(20) und im realen Raum (21) innerhalb der tolerierbaren
Genauigkeit zusammenfallen.
Bei größeren Raumfehlern müssen diese beim Setzen und
Anzeigen der Markierpunkte (5) an der realen Fläche
berücksichtigt werden.
Fig. 6 zeigt hierzu eine Gestaltungsmöglichkeit. Die Meß-
und Markiervorrichtung (1) mißt auch beim Markieren die
Entfernung vom Bezugsort (3) bis zum Auftreffpunkt des
Strahls (4) an der realen Fläche (22). Liegt wie in Fig.
6 die reale Fläche (22) beispielsweise hinter der
zugehörigen Grenzfläche (23) des mathematischen Modells
(20), wird diese Abweichung als Längenfehler E
festgestellt. Liegt der Längenfehler E innerhalb einer im
Programm vorgebbaren Toleranz, kann der Auftreffpunkt (5′)
des Strahls (4) als Markierpunkt (5) herangezogen werden.
Ist der Längenfehler E zu groß, können Korrekturmaßnahmen
ergriffen werden. Hierfür gibt es unterschiedliche
Möglichkeiten, die unter anderem auch von der
Aufgabenstellung und dem Einsatzgebiet abhängen. Fig. 6
zeigt eine Variante, die eine manuelle, aber auch
automatische Korrektur mit der Meß- und Markiervorrichtung
(1) zuläßt.
In diesem Fall wird vom errechneten Konstruktions- oder
Markierpunkt (5) auf der Grenzfläche (23) das Lot auf die
Grenzfläche (23) gefällt. Dies kann nach zwei
entgegengesetzten Richtungen geschehen, d. h. zu der der
Grenzfläche (23) unmittelbar benachbarten realen Fläche
(22) oder zu einer im realen Raum (21) gegenüberliegenden,
anderen realen Fläche (22). Das Lot wird in Fig. 6 als
Projektion (24) dargestellt. Der gesuchte reale
Markierpunkt (5′′, 5′′′) ist der Auftreffpunkt der
Projektion (24) auf der jeweils zugehörigen realen Fläche
(22).
In Abwandlung des gezeigten Beispiels kann die Projektion
(24) statt des Lotes auch eine beliebige andere wählbare
Vorzugsrichtung haben. Das kann z. B. eine
Richtungsparallelität zu einer angrenzenden Wand oder
einer Fluchtlinie im realen Raum (21) sein.
Die realen Markierpunkte (5′′, 5′′′) werden durch Drehen
des Laserdistanzmeßgerätes (6) mit dem Strahl (4) entlang
der Projektionen (24) gesucht. Für jeden Punkt auf dem
Projektionsstrahl (24) sind Richtung und Abstand gegenüber
dem Bezugsort (3) bekannt. Bei der Bewegung des
Laserdistanzmeßgerätes wird die tatsächlich gemessene
Strahllänge mit dieser bekannten Vorgabe verglichen. Die
realen Markierpunkte (5′′, 5′′′) sind erreicht, wenn die
zugehörigen Strahlen (4′′, 4′′′) nach Richtung und Länge
mit der Vorgabe übereinstimmen.
Ein praktischer Anwendungsfall ist z. B. die Errichtung
einer Trennwand in einem größerem Raum. Die Trennwand
besteht aus einer Gipskartonwand auf einer
Metallunterkonstruktion. Für die Montage sind eine Reihe
von Bohrlöchern in den Wänden, der Decke und dem Boden
erforderlich. Diese Bohrlöcher stellen die gewünschten
Markierpunkte dar. Der Raum ist noch nicht vermessen,
weshalb man die tatsächlichen Maße zur Bestellung des
Systems benötigt. Zu diesem Zweck wird die Meß- und
Markiervorrichtung (1) auf einem Stativ montiert und so
inmitten des zu vermessenden Raumes aufgestellt, daß mit
dem Laserstrahl (4) alle auszumessenden und zu
markierenden Punkte erreichbar sind. Eine Nivellierung des
Gerätes selbst ist nicht notwendig. Es sollte jedoch
während des Meß- und Markiervorganges gewährleistet sein,
daß die Meß- und Markiervorrichtung ihre Position im Raum,
d. h. den Bezugsort (3), nicht unbemerkt ändert.
Mit der Meß- und Markiervorrichtung ist allerdings eine
System-Nivellierung, d. h. ein Bezug für die mathematischen
Raummodelle auf die tatsächlichen Raumrichtungen,
insbesondere die Waagerechte oder Senkrechte möglich, ohne
daß dazu das Gerät selbst in der Waagerechten ausgerichtet
werden muß. Die System-Nivellierung erfolgt an anmeßbaren
externen Richtungsvorgaben. Durch die Möglichkeit,
relative Lagen zu bestimmen, kann jede Strecke oder Ebene
relativ zu diesem Lot bestimmt werden.
Dazu werden z. B. zwei extern an einer Raumecke
angetragene, waagerechte, höhenversetzte und im Winkel
zueinander stehende Strecken, z. B. zwei Wasserwaagen über
Eck, mit ihrem Anfangs- und Endpunkt abgemessen und
gespeichert. Aus diesen Strecken lassen sich zwei
zueinander parallele Ebenen errechnen, in der diese
Stecken liegen. Eine Strecke, die auf beiden Ebenen
senkrecht steht, stellt ein Lot im Raum dar.
Alternativ kann man auch ein Senkblei oder Lot frei
pendelbar im Raum aufhängen und an mindestens zwei Punkten
anmessen. Hieraus läßt sich dann direkt die Senkrechte im
realen Raum (21) bestimmen und das mathematische Modell
(20) danach ausrichten. Grundsätzlich genügen für einen
absoluten Bezug des mathematischen Modells (20) ein Lot
bzw. eine Horizontale und zwei fixe Raumpunkte (2) oder
drei fixe Raumpunkte (2).
Mit dem Laserdistanzmeßgerät (6) werden nach der
vorerwähnten System-Nivellierung die relevanten Raumpunkte
(2), z. B. die Eckpunkte der verschiedenen Wände über den
Laserstrahl (4) angefahren, gemessen und auf Knopfdruck
gespeichert. Dabei können auch mehrere Zwischenpunkte an
den Wandkanten aufgenommen und gespeichert werden. Die
aufgenommenen Wände lassen sich als Objekte abspeichern
und benennen. Die Raumflächen sind nach Lage und Größe
vermessen, woraus sich dann die erforderlichen Abmessungen
für die Metallunterkonstruktion berechnen lassen.
Dann werden die erforderlichen Wandmaße für Lage, Länge,
Höhe und Abstand der Ständer der Metallunterkonstruktion
in die Auswerteeinheit (12) eingegeben. Diese berechnet
hieraus im mathematischen Modell (20) die erforderlichen
Markierpunkte (5) und zeigt diese bzw. die bis zu deren
Erreichen zurückzulegenden Winkel und den erforderlichen
Abstand an. Das mathematischen Modell (20) kann dabei für
Einpassungen oder dgl. verschoben oder in sonstiger Weise
verändert werden. Beispielsweise können damit vorgegebene
Konstruktions-Rastermaße eingemittelt oder Verschnitte
optimiert werden.
Die Markierpunkte (5) werden nacheinander angefahren,
wobei an den realen Wänden (22) bzw. der Decke und dem
Boden des Raumes bleibende Markierungen durch Fahrpunkte,
Hammerschläge oder dergleichen angebracht werden.
Auf die gleiche Weise lassen sich z. B. auch Rastermaße für
eine abgehängte Decke markieren. Hierbei kann über ein
Programm im Mikrocomputer (12) das optimale Rastermaß nach
der ermittelten Größe und Lage der Deckenfläche
selbsttätig berechnet und gegebenenfalls auch optimiert
werden.
Ein weiterer Anwendungsfall sind Wandverkleidungen an
schiefen Wänden. Wie in Fig. (6) erläutert, werden lokale
Fehler der realen Wandfläche (21) festgestellt und beim
Markieren manuell oder mit geeigneten Stellantrieben
automatisch korrigiert. Dadurch werden beim Anbringen der
Konstruktion an der realen Wand Verzüge, Verwerfungen oder
sonstige Fehler vermieden. Wird bei der Aufnahme der
relevanten Raumpunkte (2) eine zu große Schieflage der
realen Wand festgestellt, kann anstelle der vorgesehenen
Verkleidung auf eine Ständerwand übergegangen werden, die
einen Schiefenausgleich ermöglicht.
Die Positionierung des mathematischen Modells (20)
bezüglich der aufgenommenen Raumpunkte (2) kann von der
anzubringenden Konstruktion abhängig gemacht werden. Muß
zum Beispiel ein Lattengerüst auf einer Wand angebracht
werden, wird das mathematische Modell (20) von vornherein
mit seiner zugehörigen Grenzfläche um die Lattendicke von
der betreffenden Wand bzw. den relevanten Raumpunkten (2)
distanziert. Dementsprechend können beim Markieren die
Strahlen (4) anstatt auf die Wand auf angehaltene Latten
gerichtet werden. Dies erlaubt ein Positionieren und ein
Ausrichten der Latten nach allen Richtungen bereits
während des Markierens. Anstelle von Latten können auf
diese Weise auch Distanzklötze oder dergleichen beim
Markieren angebracht und ausgerichtet werden. Eine weitere
Anwendungsmöglichkeit ist das Markieren von Fluchtpunkten
an benachbarten Wänden, über die mittels Ausrichtschnüren
oder Ausrichtlatten Wandfluchten für eine später
erfolgende Montage angehalten werden können.
Ein weiterer Anwendungsfall ist zum Beispiel die
Vermessung eines Tunnels anhand zweier Grundsteine. Die
unnivelliert aufgestellte Meß- und Markiervorrichtung (1)
wird anhand eines externen Lotes von der Horizontalen und
der Senkrechten im realen Raum in Kenntnis gesetzt.
Anschließend können zwei Grundsteine angepeilt werden, um
das auf den Bezugsort (3) bezogene eigene
Koordinatensystem der Meß- und Markiervorrichtung (1) in
Bezug zur Vorgabe bzw. dem Bauplan setzen zu können. Über
die Programmierschnittstelle kann dann von einer
CAD-Software ein ideales Vorgabemodell mit den
Vorgabestützpunkten in die Auswerteeinheit (12) überspielt
werden. Die Auswerteeinheit (12) fragt dann diese
Stützpunkte zur Anmessung als reale Raumpunkte (2) ab.
Nach Erhalt dieser Punkte erstellt die Auswerteeinheit
(12) ihr eigenes idealisiertes mathematisches Modell (20)
des Tunnels, was z. B. durch Einbeschreibung geschieht.
Damit können nun die Fehler des realen Tunnels im Bezug
zum idealen Vorgabemodell festgestellt und auch markiert
werden. Ferner können die Konstruktions- und Markierpunkte
für Tunnelverkleidungen etc. an den Tunnelwänden markiert
werden.
Mit der beschriebenen Meß- und Markiervorrichtung (1)
werden Punkte markiert. Die Vorrichtung kann darüberhinaus
auch zur Anzeige von Strecken an den realen Wänden
herangezogen werden. Zu diesem Zweck kann sie mit
einfachen Mitteln zum Kreisellaser umgerüstet werden. Dazu
wird beispielsweise ein rotierend angetriebenes Prisma in
den Strahlengang geklappt, das den Strahl (4) ablenkt und
im Kreis rotieren läßt. Bei entsprechend schneller
Prismenrotation erscheint der drehende Strahl (4) als
Strich an der Wand. Über eine vorgesetzte verstellbare
Blende läßt sich die sichtbare Strich- oder Streckenlänge
begrenzen. Außerdem kann die Meß- und Markiervorrichtung
(1) zur Anzeige beliebiger Winkellagen des Laserstrichs
eine zusätzliche Achse, zum Beispiel eine orthogonale
dritte Schwenkachse, aufweisen. Diese läßt sich z. B. durch
eine Schwenkachse an der Grundplatte des Stativs
realisieren. Für die Funktion der Strichanzeige werden
zunächst mindestens zwei Markierpunkte (5) gesetzt, über
die der gewünschte Strich erfolgen soll. Dann wird die
Meß- und Markiervorrichtung derart verstellt, daß der
sichtbare Laserstrich durch diese Markierpunkte geht.
Abwandlungen des beschriebenen Ausführungsbeispieles sind
in verschiedener Weise möglich. Die Laserstrahlmessung ist
lediglich das bevorzugte Ausführungsbeispiel. Der
Markierstrahl kann auch aus einem anderen optisch
sichtbaren Lichtstrahl oder dergleichen bestehen. Es ist
auch möglich, den Markierstrahl erst beim Auftreffen auf
einen Gegenstand durch Oberflächenreaktionen sichtbar zu
machen. Der Meßstrahl muß an sich nicht optisch sichtbar
sein. Die Entfernung des Raumpunktes kann vielmehr auf
beliebige Weise gemessen werden, wobei der Raumpunkt sich
über eine zusätzliche optische Einrichtung anvisieren
läßt. Ferner müssen die Meß- und Markiereinheit nicht
identisch und nicht zu einem Gerät kombiniert sein. Sich
ergebende Lageabweichungen können rechnerisch als Offsets
in der Auswerteeinheit gespeichert werden und bei
Berechnungen berücksichtigt werden.
Variierbar ist auch die konstruktive Ausgestaltung der
Meß- und Markiervorrichtung, insbesondere die kardanische
Lagerung des Laserdistanzmeßgerätes (6) oder einer anderen
Meß- und Markiereinheit. Zusätzliche Achsen mit der
entsprechenden Meßeinheit sind grundsätzlich möglich,
erhöhen aber den Rechenaufwand.
Bezugszeichenliste
1 Meß- und Markiervorrichtung
2 Raumpunkt
3 Bezugsort
4 Strahl
5 Markierpunkt, Auftreffpunkt
6 Laserdistanzmeßgerät
7 Winkelmesser
8 Drehachse, Rotation
9 Winkelmesser
10 Schwenkachse, Neigung
11 Antrieb
12 Auswerteeinheit, Mikrocomputer
13 Steuerung
14 Anzeige
15 Eingabeeinheit
16 Schnittstelle
17 Gestell
18 Gabel
19 Bodenplatte
20 mathematisches Modell
21 realer Raum
22 reale Fläche
23 Grenzfläche
24 Projektion
2 Raumpunkt
3 Bezugsort
4 Strahl
5 Markierpunkt, Auftreffpunkt
6 Laserdistanzmeßgerät
7 Winkelmesser
8 Drehachse, Rotation
9 Winkelmesser
10 Schwenkachse, Neigung
11 Antrieb
12 Auswerteeinheit, Mikrocomputer
13 Steuerung
14 Anzeige
15 Eingabeeinheit
16 Schnittstelle
17 Gestell
18 Gabel
19 Bodenplatte
20 mathematisches Modell
21 realer Raum
22 reale Fläche
23 Grenzfläche
24 Projektion
Claims (22)
1. Verfahren zum Vermessen und Markieren an
distanzierten Linien, Flächen oder zumindest
teilweise geschlossenen Räumen, wobei die Linien,
Flächen oder Räume durch Aufnahme von ein oder
mehreren relevanten Raumpunkten vermessen werden,
insbesondere nach Hauptpatent DE-P 44 43 413.8,
dadurch gekennzeichnet, daß aus den
realen Raumpunkten (2) ein idealisierbares
mathematisches räumliches Modell der Linien, Flächen
oder Räume berechnet wird, in dem die Lage von ein
oder mehreren Konstruktions- oder Markierpunkten (5)
bestimmt und mit einem Strahl (4) an den Linien oder
Flächen markiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das mathematische
Modell veränderbar ist und in einem variablen Bezug
zu den aufgenommenen Raumpunkten (2) steht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das idealisierte
mathematische Modell durch Einbeschreibung,
Umschreibung oder nach der "best fit"-Methode den
Raumpunkten (2) angepaßt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß beim Vermessen von
Linien die umgebende Fläche und beim Vermessen von
Flächen mindestens eine winklig daran angrenzende
Nachbarfläche aufgenommen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Vermessen und das Markieren vom gleichen Bezugsort
(3) aus erfolgen.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Entfernungsmessung und/oder das Markieren mit einem
optisch sichtbaren Strahl (4), insbesondere einem
Laserstrahl, vorgenommen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Vermessen und Markieren über zwei Raumwinkel und die
Entfernung gegenüber dem Bezugsort (3) erfolgen,
wobei der Bezugsort (3) den Fußpunkt eines relativen
Koordinatensystems bildet, auf das das mathematische
Modell bezogen ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß beim
Markieren die Istlage des Markierpunktes (5)
gemessen, mit der Sollage verglichen und
Abweichungen angezeigt und/oder durch
Projektionsänderung korrigiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Projektion (24)
von der Sollage des Markierpunktes im mathematischen
Modell in einer wählbaren Vorzugsrichtung zu der
zugehörigen idealisierten Grenzfläche (23) auf die
reale Linie oder Fläche (22) erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Entfernungsmessung und das Markieren gemeinsam in
einer Meß- und Markiervorrichtung (1) erfolgen.
11. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Koordinaten der Raum- und Markierpunkte (2, 5) von
einer computergestützen Auswerteeinheit (12)
berechnet und angezeigt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Markierpunkte (5) selbsttätig angefahren werden.
13. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß zum
System-Nivellieren ein oder mehrere externe Vorgaben
für die Richtungen im Raum, insbesondere ein
Senkblei oder zwei Wasserwaagen, gemessen und in
Bezug zu den aufgenommenen Raumpunkte (2) gesetzt
werden.
14. Vorrichtung zum Vermessen und Markieren an
distanzierten Linien, Flächen oder in zumindest
teilweise geschlossenen Räumen, wobei die Linien,
Flächen oder Räume durch Aufnahme von ein oder
mehreren relevanten Raumpunkten vermessen werden,
insbesondere nach Hauptpatent DE-P 44 43 413.8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Meß-
und Markiervorrichtung (1) eine
Entfernungsmeßeinheit, eine Markiereinheit und eine
integrierte oder zugeordnete Auswerteeinheit (12)
mit einem Programm zur Erstellung eines
idealisierbaren mathematischen räumlichen Modells
(20) der Linien, Flächen oder Räume aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß das Programm eine
Schnittstelle für andere Konstruktions- und
Zeichenprogramme aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Entfernungsmeßeinheit und die Markiereinheit
gleichachsig einen Strahl (4) aussenden und dreh-
und schwenkbar gelagert sind, wobei an der Dreh- und
Schwenkachse (8, 10) Winkelmesser (7, 9) angeordnet
sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit
(12) einen Mikrocomputer mit Programm- und
Datenspeichern, einer Anzeige (14) und einer
Eingabeeinheit (15) aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer
(12) ein oder mehrere Schnittstellen (16) zum
externen Datenaustausch aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder einem der
folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß
die Entfernungsmeßeinheit und die Markiereinheit in
einem Gerät kombiniert und als Laserdistanzmeßgerät
(6) ausgebildet sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder einem der
folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß
der Strahl (4) durch den Schnittpunkt der Dreh- und
Schwenkachse (8, 10) verläuft.
21. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder einem der
folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß
an der Dreh- und Schwenkachse (8, 10) Antriebe (11)
angeordnet und mit der Auswerteeinheit (12)
verbunden sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch
gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit
(12) eine Steuerung für die Antriebe (11) aufweist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19545589A DE19545589C2 (de) | 1994-12-07 | 1995-12-07 | Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen und Markieren |
Applications Claiming Priority (2)
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DE19545589C2 DE19545589C2 (de) | 1998-03-19 |
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