DE19610756A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermessung, Markierung, Konstruktion, zur Dokumentation, Simulation und zum Scanning - Google Patents

Description

Das für das Vermessungswesen günstigste Verfahren besteht aus einer Kombination von Mehrachsenprinzip und Ein-Mann-Bedienung. Die vorliegende Erfindung löst dies, indem sie Bild- und Zeitinformationen den Winkel- und Entfernungsinformationen beifügt. Des weiteren, indem sie ein nachträgliches Bearbeiten dieser Informationen und eine Simulation von zukünftigen Veränderungen in Bilddarstellung ermöglicht. Mehrachsprinzip: Zwei Strecken, deren Ursprung 2, 3 auf derselben Achse in einem bekannten Abstand 18 zueinander liegen, werden so ausgerichtet, daß ihre Schnittpunkte in den Meßpunkt 20 fallen. Aus dem Abstand 18 und dem Drehwinkel der zweiten Achse kann die Entfernung zum Meßpunkt 20 errechnet werden. Um eine feinere Auflösung zu bekommen, kann die zweite Strecke in X-Y-Richtung verschoben werden. Stellt man sich die beiden Achsen als zwei Laserachsen 22 vor, wird auf einem in dem Schnittpunkt befindlichen Objekt nur ein Lichtpunkt sichtbar. Verändert sich nun die Lage des Objektes (z. B. durch Annähern oder Entfernung), werden zwei Punkte sichtbar. Um nun den Meßpunkt 20 zu erreichen, müssen die zwei Laserpunkte 22/22a auf dem Objekt zur Deckung gebracht werden. Über das Mehrachsenprinzip wird die Entfernung des jeweiligen Meßpunktes 20 ermittelt. Im Falle der Absteckung wird die Triangulation nicht zur Entfernungsmessung herangezogen, sondern dient lediglich der komfortablen Orientierung. Dies wird dadurch möglich, daß die beiden Strecken im Meßpunkt 20 über Bildsensoren oder Laserstrahlen als Schnittpunkt sichtbar gemacht werden und damit den Mittelpunkt auf dem Handanzeigegerät 8 visualisieren.

Mindestens einer der Bildsensoren 2, 3 überträgt dabei zusätzlich zur Peilinformation einen Bildausschnitt der Meßstrecke, so daß nach Abspeichern eine Dokumentation des Meß- 20 oder Absteckpunktes 14 vorliegt. Richtungsänderungen können vom Bediener per Funk eingeleitet werden. Während das Gerät sich über Motortriebe 6, 6a in die gewählte Richtung schwenkt, verfolgt der Bediener auf dem Handanzeigegerät 8 die Bewegung, bis der Meßpunkt 20 erreicht ist. E kann nun die Messung auslösen. Jeder Meßpunkt 20 wird mittels gespeicherter "Bildinformation" dokumentiert. Dies erleichtert im Nachhinein die Suche nach Fehlern oder bestätigt die Richtigkeit der Messung bzw. Absteckung. Zusätzlich wird durch die Speicherung der Bildinformation der Faktor "Zeit" bei der Messung erfaßt und festgehalten. Durch Aufzeichnung des fortlaufenden Time-Frame-Codes als Bezugszeit, während das Gerät in den neuen Meßpunkt 20 schwenkt, können zusätzliche Weg-Zeit-Informationen gewonnen und später mit einer speziellen Software ausgewertet werden.

Die aufgezeichnete Zeit (Time-Frame-Codes) bedeutet bei der vorliegenden Erfindung, daß für jeden erfaßten Meßpunkt 20 die Informationen: Bildinformation, Vertikal- Horizontalwinkel, Distanz und Zeitpunkt der Messung festgehalten werden, wodurch ein Raum-Zeitabbild gespeichert wird, welches auch später klar reproduzierbar und bestimmbar bleibt.

Beim vollständigen Speichern aller Informationen (z. B. während einer Fassadenaufnahme) stehen sämtliche Meßpunkte 20 in einem festen räumlichen und zeitlichen Bezug zueinander. Darüber hinaus können mit Hilfe spezieller Software bei einem nachträglichen Auswertevorgang solche Bezüge auch zu anderen frei wählbaren Meßpunkten hergestellt werden, selbst dann noch, wenn diese nicht unmittelbar als Meßunkte vorher erfaßt wurden. Das bedeutet, jedem Meßpunkt 20 liegen folgende Informationen zugrunde: Horizontal-Vertikal-Winkel, Entfernung: Gerät-Meßpunkt 20, Zeitpunkt der Messung und Zeitfolge der Justierung innerhalb der Messung und zwischen zwei Meßpunkten 20, reale Time-Frame-Code-Informationen des Meßpunktes, d. h. auch die Umgebungsinformationen, beim automatischen Abtasten und Erfassen der Bildinformationen stehen auch Zeit-Weg- bzw. Zeit-Flächeninformationen zur Verfügung.

Über eine spezielle Bildbearbeitungssoftware können so z. B. Farbanstriche oder Fensteröffnungen etc. innerhalb einer Fassade in anderer als der ursprünglichen Form verändert, bzw. simuliert dargestellt werden. Da auch das nähere Umfeld eines Objektes durch die Bildaufzeichnung erfaßt wird, können andere Objekte eingespielt und in ein größenrichtiges Verhältnis zu den Meßpunkten 20 bzw. zum Objekt gebracht werden.

Aus den gewonnenen Daten lassen sich vektorisierte Raum-Bilddatenmodelle errechnen und bereitstellen. Dadurch wird der Rechenaufwand bei virtueller Simulation verringert. Es müssen nur die Veränderungen innerhalb des Bildes berechnet werden, was zu einem geringeren Speicheraufwand für die Echtzeit-Darstellung führt und vor allem Orientierungsstörungen vermeidet, die bisher häufig bei virtueller Simulation auftraten.

Dasselbe gilt, wenn bewegliche Objekte erfaßt werden müssen. Nur über das Bilden eines Raum-Zeit-Abbildes kann ein bewegliches Objekt in seiner Geschwindigkeit, seinem zurückgelegtem Weg und seinen Richtungsänderungen bestimmt werden. Im umgekehrten Fall trifft dies auch auf die Vorrichtung zu; dieses kann also, während es im Raum bewegt wird, zuordnungsbare Meßergebnisse liefern. Das vorgestellte Verfahren und die dazu notwendige Vorrichtung sind die Voraussetzung für eine vollautomatische Vermessung.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen (Fig. 1-5) beispielsweise und schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt die Gesamtansicht des Meßgerätes. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Gestell 1, einer kardanisch gelagerten Komponente 16, welche die Hauptachse 2 und Nebenachse 3 mit der Zielerfassungsautomatik 15 enthält. Des weiteren besteht sie aus Winkelmeßeinheiten 19; 19a; 19b, einer Auswerteelektronik 9 für die Winkel- und Entfernungserfassung, einer direkten Datenschnittstelle 10, von welcher die konventionellen Daten (Winkel, Entfernung, Meß- oder Absteckpunktbezeichnung) abgenommen werden können. Die horizontale 4 und vertikale 5 Drehachsen sind ebenso wie die Motortriebe 6/6a und die Sende-Empfangseinheit 7 dargestellt. Die Elektronik 9 umfaßt sämtliche Daten, Winkel, Entfernungen, Zeiten und Bildaufzeichnungen, und beinhaltet die Steuerkommandos der empfangenen Daten (z. B. für das Abstecken). Sie übernimmt die notwendigen Berechnungen, gibt sämtliche Daten an den Host-Rechner 11/12 weiter, bzw. löst weitere Meß- oder Absteckvorgänge aus. Wird mit der Hauptachse 2 ein Ziel erfaßt, so fährt die Zielerfassung 15 automatisch mit der Nebenachse 3 den Zielpunkt 20 auf der Hauptachse 2 an. Aus dem verfahrenen Winkelweg und der bekannten Entfernung zur Hauptachse 18 errechnet die Elektronikeinheit 9 die Entfernung. Reicht der Winkelweg allein nicht für eine exakte Entfernungsmessung aus, leitet die Elektronikeinheit eine lineare Bewegung in x-y-Richtung ein, bis Schnittpunkt und Zielpunkt 20 zur Deckung gebracht sind.

Fig. 2 zeigt einen Computer 12, mit Sende- und Empfangsschnittstelle 21. Über die Sende-Empfangsschnittstelle 21 erfolgt die Kommunikation zwischen dem Meßgerät und einem externen Rechner, in dem mittels geeigneter Software die Meßdaten weiterverabeitet oder in andere Programme integriert werden können. Die Softwareschnittstelle ist in den gängigen PC und Mac Formaten angepaßt.

Fig. 3 zeigt ein Absteckschema. Das Meßgerät verfährt automatisch anhand der vorgegebenen Meßdaten die Haupt- 2 und Nebenachse 3 so, daß beide Achsen im Absteckpunkt 14 zusammenfallen. Wird z. B. die Hauptachse 2 durch einen Bildsensor und die Nebenachse durch einen Laserstrahl 22 gebildet und hält man einen Pflock oder eine Latte genau in den Absteckpunkt 14, so trifft aus der Sicht der Vorrichtung der Laserpunkt genau die Mitte der Hauptachse 2. Bewegt man den Pflock oder die Latte in Richtung Meßgerät, so wandert der Laserpunkt 23a nach rechts neben die Hauptachsenmitte. Entfernt man jedoch die Latte oder den Pflock von dem Meßgerät, so wandert der Laserpunkt 23 nach links neben die Hauptachse 2. Eine ständige Entfernungsmessung entfällt, da eine Abweichung vom Absteckpunkt 14 sichtbar ist und lediglich das Objekt (Pflock, Latte etc.) so lange auf der Hauptachse bewegt werden muß, bis der Laserpunkt mit der Hauptachse 2 in einem Punkt zusammenfallen. Der Absteckpunkt 14 ist erreicht.

Fig. 4 zeigt das Handsichtgerät 8 mit Bedienelementen 25 und Sende- Empfangsschnittstelle 21b. Das Handsichtgerät 8 ist kleiner als ein Notebook 11 (vgl. Fig. 6) und wird dann eingesetzt, wenn komplexe Messungen z. B. im Freifeld ein Anzeigen der Meß- (20) oder Absteckpunkte (14) mittels eines Objektes (Latte, Pflock etc.) durch den Bediener notwendig machen. Über die Sende- und Empfangsschnittstelle 21b erhält das Handsichtgerät 8 die Bildinformationen aus Sicht des Meßgerätes. Der Bediener steuert nun über die Bedienelemente 25 das Meßgerät auf den Meß- 20 oder Absteckpunkt 14. Die Sende- und Empfangsschnittstelle 21b gibt die Steuerbefehle z. B. über Funk an das Meßgerät weiter.

Fig. 5 zeigt das Erfassen eines Meßpunktes 20. Über die Hauptachse 2 wird ein Meßpunkt 20 anvisiert. Die Nebenachse 3 fährt nun ihrerseits über die Ziel-Erfassungs-Automatik 15 den Meßpunkt 20 an. Die Ziel- Erfassungs-Automatik 15 speichert sämtliche Winkelinformationen des Gebers 19b der Nebenachse 3 bis zum Erreichen des Meßpunktes 20. Liegt nun der Meßpunkt 20 zwischen zwei Winkelinformationen, wird mit der Nebenachse 3 eine x-y-Bewegung 24 ins Ziel (Meßpunkt 20) durchgeführt. Dieser Verfahrweg wird mit den Winkelwerten verrechnet und ergibt mit der bekannten Strecke Haupt-/Nebenachse 18 die Entfernung: Meßgerät - Meßpunkt 20. Zusätzlich kann die Entfernung durch Vergleichen der Bildinformation mit einem Referenzbild errechnet werden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Vermessen, Abtasten und Abstecken von Flächen, Räumen und dreidimensionalen Objekten, mit den Punktinformationen: Horizontal-Vertikalwinkel, Entfernung, Meßzeit des Meß- oder Absteckpunktes, sowie der Abbildinformation aller Meß- (20) oder Absteckpunktes (14), dadurch gekennzeichnet, daß die zu vermessenden Objekte mit einem Bildsensor (2) und einem zweiten schwenkbaren und in x- und y-Richtung verschiebbaren Bildsensor (3) oder Laser (13) angezielt werden, die zueinander in einem definierten Abstand (18) angeordnet sind, und daß die Signale der Bildsensoren (2; 3) auf einem Handanzeigegerät (8) beobachtet werden und die Verfahrzeit zwischen den Meß- (20) und Absteckpunkten (14) registriert wird, und daß die Bildsensoren (2; 3) bzw. der Laser gemeinsam gekippt und geschwenkt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meß- (20) oder Absteckpunkt (14) von mindestens zwei Achsen erfaßt wird und eine der Achsen sowohl um ihre Horizontalachse drehbar und in X-Y-Richtung verfahren genau ins Ziel gebracht werden kann und dieser Vorgang durch einen Rechner (11/12) gesteuert automatisch erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- (20) oder Absteckpunkte (14) mit mindestens einer Bildinformation festgehalten werden, die digitalisiert und gespeichert, den übrigen Meßpunktinformationen zugeordnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den realen Meßpunkten (20) ein räumliches Modell der Linien und Flächen berechnet und mit den zugeordneten Bildinformationen als Raum dargestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nachträglich mittels einen Rechners (11/12) und geeigneter Software, weitere Meßpunkte (20) erfaßt werden, indem zu den bisherigen Punktinformationen die Zeiten der Bildinformationen und des Verfahrweges miteinbezogen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem erfaßten und auf einem Rechner (11/12) dargestellten Raumkörper mittels Bildbearbeitung eine räumliche oder farbliche Veränderung simuliert und zusätzlich auch seine Lage im Zusammenhang der ihn umgebenden übrigen Objekte bildlich dargestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer einfachen Vermessung eines Objektes ein automatisches Abtasten durch das Meßgerät erfolgt.

8. Vorrichtung zum Vermessen, Abtasten und Abstecken von Flächen, Räumen und dreidimensionalen Objekten, mit den Punktinformationen: Horizontal-Vertikalwinkel, Entfernung, Meßzeit des Meß- oder Absteckpunktes sowie der Abbildinformation aller Meß- oder Absteckpunkte, gekennzeichnet durch einen Bildsensor (2) und einen zweiten in X-Y-Richtung verschiebbaren und um die eigene Achse horizontal drehbaren (17) Bildsensor (3) oder Laser (13), der in einem definierten Abstand (18) zum ersten montiert ist, sowie ein Handanzeigegerät (8) und eine Einrichtung bestehend aus Drehachse horizontal (4), Drehachse vertikal (5) und Motortrieben (6/6a), die ein gemeinsames Schwenken und Kippen der Sensoren (2, 3) zuläßt, sowie die Steuer- und Sendeelektronik (7) und die Winkelgebereinheiten (19/19a/19b).