DE19610756C2

DE19610756C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermessung, Markierung, Konstruktion, zur Dokumentation, Simulation und zum Scanning

Info

Publication number: DE19610756C2
Application number: DE1996110756
Authority: DE
Inventors: Christoph Goett; Hannes Weigel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 1998-04-30
Anticipated expiration: 2016-03-20
Also published as: DE19610756A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen, Markieren, Konstruieren, Dokumentieren, Simulieren und Abscannen an distanzierten Linien und Flächen, in geschlossenen oder zumindest teilweise geschlossenen Räumen, sowie auf freien Flächen mit den Merkmalen im Oberbegriff des Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruchs.

Bisherige Verfahrensweisen:

Aus der Praxis sind Vermessungsverfahren bekannt, bei denen ein oder mehrere relevante Raumpunkte vermessen werden. Aus den gemessenen Koordinaten können mit einem Microcomputer im Meßgerät Flächen, Strecken und Räume usw. errechnet werden. Die Koordinaten- sowie die Entfernungsmessung finden in einem Gerät statt. Für das exakte Einnivellieren des Meßgerätes werden dem Microcomputer Daten einer idealen Ebene und Lotrechten übermittelt. Sämtliche gemessene Daten werden mittels Transformations berechnungen auf diese Ebene umgerechnet. Bei einigen Geräten können Entfernungen bis ca. 100 Meter bei günstigen Lichtverhältnissen reflektorlos gemessen werden. Mit Laserstrahlen im sichtbaren Bereich wird der jeweilige Meßpunkt angefahren und die Entfernung durch eine Laufzeit- oder Phasenverschiebungsmeßung ermittelt.

Bei den derzeit modernsten Geräten sind die Achsen mit Motorantrieb versehen und per Funk fernsteuerbar. Die Meßdaten sowie die Signale zur Meßauslösung können auf demselben Wege übertragen werden. Zur genauen Zielerfassung genügt es, das Objektiv so auszurichten, daß ein Teil des Reflektors erfaßt wird. Ein Suchalgorhythmus, sowie ein CCD-Chip sorgen dafür, daß der Mittelpunkt des Reflektors automatisch angefahren wird.

Solange der Sichtkontakt vom Objektiv zum Reflektor nicht unterbrochen wird, können solche Geräte sogar Bewegungen folgen. Nur wenn während der Bewegung des Reflektors zu einem neuen Meßpunkt diese Verbindung unterbrochen wird, muß das Gerät erneut über die Fernsteuerung auf den Reflektor fixiert werden, oder mit dem Reflektor kreisförmige Suchbewegungen ausgeführt werden, bis der Kontakt wiederhergestellt ist, was bei Entfernungen von 50-100 Metern sehr zeitraubend ist. Auch wenn der Kontakt Gerät/ Reflektor nicht verloren geht, müssen dennoch solange Messungen erfolgen, bis Gerät und Reflektor auf dem errechneten Absteckpunkt übereinander gebracht worden sind.

Diese Meßungen dauern jedoch ihre Zeit und zwingen zu einem entsprechend langsamen Arbeiten. Zudem sind entsprechende Zielobjekte (Reflektor als spezielle Meßlatte o. ä.) erforderlich.

Besser geeignet sind hierfür Geräte die einen sichtbaren Laserstrahl aussenden. Jedoch muß auch hier so lange eine permanente Entfernungsmessung erfolgen, bis die fixierten Meßpunkte in ihre errechnete Lage gebracht worden sind. Im "Ein-Mann-Betrieb" muß der Bediener ständig an einer Anzeigeeinheit kontrollieren, ob er die Meßpunkte richtig platziert hat. Bei einer Anzahl von mehr als 100 Konstruktionspunkten ist dieses Meßverfahren zu langsam.

Sollen z. B. an einer nicht ebenen Wand die Bohrpunkte für Befestigungselemente angezeigt werden, muß ein eigens hierfür programmiertes Berechnungsmodul in einem Microcomputer implementiert werden. Das bedeutet, daß beim Markieren an der Ist-Fläche von der idealisierten Raumlinie aus ein Lot errechnet werden muß. Anschließend werden die neuen Koordinaten des nun verschobenen idealen Absteckpunktes angefahren. Um festzustellen, ob der Absteckpunkt auch tatsächlich erreicht ist, muß wenigstens eine weitere Entfernungsmessung erfolgen. Eine weitere Lösungsmöglichkeit für dieses Absteckungsproblem besteht bisher darin, ein bewegliches Objekt zwischen Ist-Fläche und Absteckpunkt zu bringen und durch Bewegen in Richtung Absteckpunkt unter ständiger Kontrollmessung diesen zu erfassen.

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.

Beschreibung der Erfindung

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. Desweiteren 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. Er 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 Zeitinformationen 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. Darüberhinaus können mit Hilfe spezieller Software bei einem nachträglichen Auswertevorgang solche Bezüge auch zu anderen frei wählbaren Meßpunkten hergestellte werden, selbst dann noch, wenn diese nicht unmittelbar als Meßpunkte 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 (Figuren: 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 Haupt- (2) und Nebenachse (3) mit der Zielerfassungsautomatik (15) enthält. Desweiteren besteht sie aus Winkeleßeinheiten (19; 19a; 19b), einer Auswertelektronik (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 Elektronikeinheit (9) erfaßt 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 weiterverarbeitet oder in andere Programme integriert werden können. Die Softwareschnittstelle ist 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 einen 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- und 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.

Anlage

Fig. 1 Gesamtansicht des Meßgerätes schematisch dargestellt.

Fig. 2 zeigt einen Computer mit Sende- und Empfangsschnittstelle, über die Daten empfangen und gesendet werden können.

Fig. 3 zeigt ein Absteckschema, beispielhaft mit Laserstrahl als Nebenachse.

Fig. 4 zeigt ein Handsichtgerät mit Sende- und Empfangsschnittstelle, und Bedienelementen.

Fig. 5 zeigt das Erfassen eines Meßpunktes.

Fig. 6 zeigt als Ergänzung ein Notebook.

Bezugszeichenliste

1

Gesamtansicht-Meßgerät

2

Hauptachse mit Bildsensor

3

Nebenachse mit Laser oder Bildsensorkreis und linearbeweglich

4

Drehachse horizontal

5

Drehachse vertikal

6

Motortrieb horizontal

6

a Motortrieb vertikal

7

Empfangs- und Sendeschnittstelle für Steuersignale und Daten

8

Handsichtgerät

9

Elektronikeinheit mit Speicher und integrierter Gerätesoftware

10

Schnittstelle

11

Notebook

12

PC

13

Laser

14

Absteckpunkt

15

Ziel-Erfassungs-Automatik

16

Gehäuse mit Haupt-Nebenachse und Zielerfassungsautomatik

17

Pfeilsymbol für Horizontaldrehung der Nebenachse

18

definierter Abstand von Haupt und Nebenachse

19

Winkelgeber horizontal

19

a Winkelgeber vertikal

19

b Winkelgeber Nebenachse

20

Meßpunkt

21

Sende- und Empfangsschnittstelle.

22

Laserstrahl

23

Laserpunkt vor Absteckpunkt

23

a Laserpunkt nach dem Absteckpunkt

24

X-Y Bewegung der Nebenachse

25

Bedienelemente des Handsichtgerätes

Claims

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 Absteckpunkte (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 die Verfahrzeit zwischen den Meß- (20) oder Absteckpunkten (14) registriert wird und daß die Bildsensoren (2; 3) bzw. der Laser gemeinsam gekippt und geschwenkt werdend

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 eines 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 eine Steuer- und Sendeelektronik (7) und Winkelgebereinheiten (19/19a/19b).