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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Messung von Neigungswinkeln
mithilfe eines Laserlichts.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Lasersysteme
zum Anzeigen von Neigungswinkeln werden in verschiedenen Vermessungs-
und Konstruktionsanwendungen eingesetzt. Der Laserstrahl des Winkelmessgerätes kann
als Höhen-Referenz
zum Beispiel auf einer Baustelle benutzt werden.
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Ist
der Laserstrahlsender des Winkelmessgeräts so ausgerichtet, dass er
den Laserstrahl auf einer Ebene sendet, so kann mit dem rotierenden
Laserstrahl auf einem zweidimensionalen Arbeitsbereich eine Referenzebene
als Höhenreferenz
eingerichtet werden. Entfernt vom Winkelmessgerät aufgestellte Laserstrahldetektoren
empfangen den Laserstrahl als Suchhilfe. Die Laserstrahldetektoren
können
z. B. auf Werkzeugen oder einer Maschine montiert sein und einen
Bediener auf einer Baustelle führen
oder zur Formung einer Fläche
eingesetzt werden. Um die korrekte Höhe an verschiedenen Punkten
des Arbeitsbereichs anzuzeigen, können die Detektoren beispielsweise
auf Erdbewegungsmaschinen montiert werden.
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Ist
der Neigungswinkel oder die Neigungswinkel des Laserstrahls oder
der Referenzebene bekannt, z. B. in eine horizontale oder waagerechte Ebene,
so kann das Winkelmessgerät
mithilfe des Lasers zur Bestimmung verschiedener Gefällearten oder
zur Anpassung an oder Ausformung vorhandener landschaftlicher Gegebenheiten
eingesetzt werden.
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Es
ist vorstellbar, dass der Laserstrahl zur genauen Winkelmessung über eine
große
Entfernung auf die Referenzrichtung oder die Referenzebene eingestellt
werden muss. Normalerweise ist es für eine Winkelmessung in einer
Ebene oder einer horizontalen Richtung des Laserstrahls nötig, das
Winkelmessgerät
im Verhältnis
zur ursprünglichen
Position mit dem Laserstrahl genau horizontal oder im Falle der
Anwendung eines rotierenden Lasers genau zur horizontalen Ebene
auszurichten. Danach wird der Neigungswinkel mithilfe eines Schrittmotors und
einem bekannten Verhältnis
zwischen den einzelnen Schritten des Motors und den Neigungswinkeln
auf einen gewünschten
Wert eingestellt. Alternativ dazu ist es möglich, den Neigungswinkel des
Lasers direkt zu messen, indem man einen Sensor direkt am Emitter
anbringt, so dass dieser die Neigung des Laseremitters misst.
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Wenn
dieses Verfahren auch bei einfacheren und kleineren Anwendungen
realisierbar ist, so benötigt
man bei vielen Anwendungen eine Genauigkeit, die mit diesem Verfahren
nicht erreicht werden kann. Wird das Winkelmessgerät zur Bestimmung
einer ebenen Referenzfläche
zum Beispiel in einer nicht korrekten Ausgangsposition aufgestellt,
so beeinflussen mit der Zeit Temperaturschwankungen die einmal eingestellten
Winkel oder die Genauigkeit des Sensors ist nicht mehr ausreichend.
Diese Einflüsse führen dann
möglicherweise
zu großen
Fehlern bei der Winkelmessung, insbesondere bei großen Entfernungen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist deshalb wünschenswert,
ein Winkelmessgerät
mit sehr genauer Neigungswinkeleinstellung des Laserstrahls und
mit verbessertem Handling anzubieten und so die Produktivität zu steigern.
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Bei
einer Ausgestaltung der Erfindung besteht das Winkelmessgerät aus einer
Lasereinheit zur Aussendung eines Laserstrahls, einem auf der Lasereinheit
montierten Winkelsensor zur Bestimmung eines Nivellierungswinkels
im Verhältnis
zum Nivellierungswinkel des Laserstrahls, einem auf der Lasereinheit
montierten Nivelliersensor, um den Neigungswinkel des Laserstrahls
zu bestimmen, und einer mechanischen Einheit, um den Neigungswinkel des
Laserstrahls so einzustellen, so dass der Winkelsensor einein gewünschten
Winkelausgabewert berechnet. Durch die Kombination eines Höhensensors und
eines Winkelsensors kann man eine höhere Genauigkeit erreichen.
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In
einem weiteren Beispiel dient ein Steuergerät dazu, einen Befehl an die
mechanische Einheit zu geben und den Nivellierungswinkel der Lasereinheit
so einzustellen, dass der Lasersensor einen vorgegebenen Winkelausgabewert
angibt, der dem Nivellierungswinkel des Laserstrahls entspricht.
So erhält
man den Neigungswinkelausgabewert des Winkelsensors bei flachem
Nivellierungswinkel und den gewünschten
Neigungswinkelausgabewert des Nivellierrsensors, der auf einem gewünschten
Nivellierungswinkel der Lasereinheit und dem Ausgabewert des Neigungswinkelausgabewert
des Nivelliersensors basiert.
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In
einem anderen Beispiel ist mindestens ein Teil der Lasereinheit
rotierbar und sendet einen Laserstrahl auf einer Ebene aus. Der
Winkelausgabewert setzt sich aus zwei Ausgabewerten zusammen, wobei
jeder der Ausgabewertteile einem Neigungswinkelteil entspricht und
auf einer senkrecht zueinander stehenden X- und Y-Achse abgetragen
wird. Das Winkelmessgerät
ist mit einer visuellen Anzeige, die mit mindestens einer der Achsen
verbunden ist, ausgestattet. Dementsprechend kann das Winkelmessgerät den Neigungswinkel
nur mit einem Laserstrahl messen, kann aber so angepasst werden,
dass sich der Laserstrahl in der Laserebene dreht und entlang der
x- und der y-Achse eine in die gewünschten Richtungen geneigte
Referenzebene anzeigt.
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In
einem weiteren Beispiel wird das Steuergerät so eingestellt, dass man
den gewünschten
Winkelausgabewert erhält,
indem man auf eine gespeicherte Tabelle mit einer Vielzahl von Winkelausgabewerten
für den
Winkelsensor und die entsprechenden Neigungswinkel des Laserstrahls
zugreift. Mit der vorbereiteten Tabelle können die Berechnungen während des
Betriebes verringert werden.
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In
einem weiteren Beispiel wird das Steuergerät so eingestellt, dass man
aufgrund einer Korrelationsfunktion den gewünschten Winkelausgabewert erhält. Diese
stellt das funktionale Verhältnis zwischen
Differenzen des Winkelausgabewerts des Winkelsensors und den Differenzen
des Neigungswinkels des Laserstrahls dar.
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In
einem weiteren Beispiel ist das Steuergerät so eingestellt, dass man
die gewünschten
Ausgabewerte der Neigungswinkel des Winkelsensors durch eine Interpolation
der Ausgabewerte zweier Neigungswinkel erhält, die zwei in einer Tabelle
festgelegten Neigungswinkeln entsprechen und die am dichtesten am
gewünschten
Neigungswinkel liegen. Obwohl die Tabelle nicht unbedingt alle möglichen Neigungswinkel
und die entsprechenden Ausgabewerte der Winkelsensoren enthält, können durch
die Interpolation Neigungswinkel berechnet werden, die in der Tabelle
nicht verfügbar
sind.
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In
einem weiteren Beispiel ist ein Temperatursensor vorhanden, um die
Umgebungstemperatur am Winkelmessgerät zu messen und einen Befehl zur
Neukalibrierung des Nullwinkels zu senden, falls der Temperaturwechsel
einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.
Dementsprechend wird das Winkelmessgerät zur Vermeidung extremer Abweichungen
der Nivellierungswinkel und damit der Laserebene durch Temperaturschwankungen
neu kalibriert.
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In
einem weiteren Beispiel ist ein Positionssensor vorhanden um eine
Position des Winkelmessgeräts
zu ermitteln und ein Alarmsignal auszugeben, falls die Änderung
in der Position einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
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In
einem weiteren Beispiel ist ein Nivelliersensorausgabewert als der
den Nullwinkel definierenden Nivellierausgabewert definiert, unter
der Bedingung, dass die Laserebene flach ist.
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In
einem weiteren Beispiel für
die Neukalibrierung des Null-Winkels während des Betriebes wird das
Steuergerät
so eingestellt, dass ein Befehl an die mechanische Einheit gesendet
wird, den Neigungswinkel der Lasereinheit so einzustellen, dass
der Sensor den Ausgabewert, der den Nullwinkel definiert, und danach
einen Befehl an die mechanische Einheit sendet, den Laser wieder
in die Position einzustellen, in der der Winkelsensor den gewünschten Ausgabewert
angibt.
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In
einem weiteren Beispiel ist das Steuergerät so eingestellt, dass es in
einem internen Speicher eine Tabelle mit einer Vielzahl von Winkelausgabewerten
aufzeichnet, die den bekannten externen Neigungswinkeln entsprechen,
z. B. für
die ursprüngliche
Aufzeichnung und diese später
als Referenzwerte während
des Betriebs benutzt.
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In
einem weiteren Beispiel ist ein Steuergerät angepasst, das eine Vielzahl
von Ausgabewerten speichert, die bekannten externen Winkelkoordinaten
auf der x- und der y-Achse bekannter Winkelwerte entsprechen.
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In
einem weiteren Beispiel ist im Winkelsensor ein Schwerkraftsensor
integriert.
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In
einem weiteren Beispiel umfasst der Winkelsensor außerdem einen
Detektor für
die Position einer Blase in einer Flüssigkeit.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Verfahren der
Winkelmessung durch die Aussendung eines Laserstrahls von der Lasereinheit. So
erhält
man den Neigungswinkelausgabewert des auf die Lasereinheit aufmontierten
Winkelsensors. Dieser Nivellierungswinkel entspricht einem Nivellierungswinkel
des Laserstrahls im Verhältnis
zum Neigungswinkel und zeigt den Neigungswinkel des Laserstrahls
mithilfe einer aufmontierten Lasereinheit an. Der Neigungswinkel
des Laserstrahls wird durch die mechanische Einheit in der Form
eingestellt, dass der Neigungswinkel den gewünschten Ausgabewert berechnet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist es z. B. möglich, mit einem verfügbaren Programm
die nötigen
Befehle zur Datenbearbeitung zu geben, das heißt die nötigen Winkelmessverfahren durchzuführen.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung wird ein computerlesbares Medium mit
dem Programm zur Verfügung
gestellt.
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Ein
Computerprogramm könnte
dieses computerlesbare Medium enthalten.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung wird ein optisches Instrument mit dem
Winkelmessgerät
zur Verfügung
gestellt.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung werden unter weiteren Ansprüchen angeführt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
Elemente eines Winkelmessgeräts
aus einer Ausgestaltung der Erfindung.
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2 zeigt
Funktionen eines Verfahrens zur Winkelmessung aus einer Ausgestaltung
der Erfindung.
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3 zeigt
Elemente des Winkelmessgerätes
aus einer Ausgestaltung der Erfindung, und zwar die Aussendung eines
rotierenden Laserstrahls auf einer Referenzebene.
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4 zeigt
Funktionen eines Verfahrens zur Winkelmessung aus einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung, vor allem die während des regulären Verfahrens
ausgeführten
Funktionen zur Angabe einer Neigung.
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5 zeigt
Funktionen zur Winkelmessung gemäß einer
weiteren Ausführung
der Erfindung, und zwar Beispiele zur Berechnung von Winkeldifferenzen
für die
Kalibrierung des Neigungswinkelsensors.
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6A, 6B und 6C zeigen
Beispiele von Tabellen mit Winkelwerten und Winkelausgabewerten
aus einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, so z. B. die Einstellung
des Neigungswinkelsensors zur Berechnung eines bestimmten Ausgabewertes.
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7 zeigt
Funktionen eines Winkelmessungsverfahrens aus einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung, vor allem die Funktionen zur Speicherung einer Tabelle
mit den Winkelwerten und den entsprechenden Winkelausgabewerten.
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8 zeigt
Funktionen eines Winkelmessungsverfahrens aus einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung, vor allem die Funktionen zur Neukalibrierung des Gerätes nach
einer Temperaturänderung.
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9 zeigt
Funktionen eines Verfahrens der Winkelmessung aus einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung, vor allem die Funktionen zur Bestimmung
einer Positionsänderung,
die einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.
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10 zeigt
Elemente eines Winkelmessgeräts
aus einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
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DETAILBESCHREIBUNG DER ANWENDUNGEN
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Im
Folgenden werden die Ausgestaltungen beschrieben, die sich auf die 1 und 10 beziehen.
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1 zeigt
Elemente eines Winkelmessgeräts
aus einer Ausgestaltung der Erfindung.
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Das
Winkelmessgerät
der Ausgestaltung besitzt einen Laserstrahl, der in einem bestimmten Neeigungswinkel
zu einem Nivellierungswinkel oder einer Referenzrichtung gesendet
wird. In dieser Ausgestaltung werden zur Berechnung des Nivellierungswinkels
und Neigungswinkels im Verhältnis zum
Nivellierungsinkel eine Kombination aus einem Neigungswinkelsensor
und einem Ebenensensor eingesetzt. In einem Beispiel kann mit einer
Kombination eines Winkelsensors und eines Nivelliersensors eine
höhere
Genauigkeit erreicht werden. Dabei zeigt der Nivelliersensor den
Nivellierungswinkel und der Winkelsensor den Neigungswinkel des
Laserstrahls an, nachdem der Nivellierungswinkel angepasst wird.
Danach kann die mechanische Einheit dazu dienen, die Neigungswinkel
so einzustellen, dass ein einem Neigungswinkel entsprechender Winkelausgabewert
erreicht wird und so den Ausgabewinkel des Winkelsensors einzustellen.
Um den Nivellierungswinkel einzustellen, wird deshalb der Nivelliersensor
eingesetzt, damit ein sehr genauer Neigungswinkelausgabewert eingestellt
wird, z. B. mit seiner sehr genauen Neigungsanzeige des Sensors. Der
Winkelausgabewert der ermittelten Neigung, die Neigungswinkel können mit
hoher Genauigkeit eingestellt werden, z. B. an eine sehr genaue
entsprechende Winkelanzeige am Winkelsensor.
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Genauer, 1 zeigt
ein Winkelmessgerät, allgemein
mit 100 bezeichnet, in das eine Lasereinheit 110 eingebaut
ist, die einen Laserstrahl aussendet 111. Ein Winkelsensor 120 ist
auf der Lasereinheit montiert und berechnet einen Winkelausgabewert,
der einem Neigungswinkel des Laserstrahls im Verhältnis zum
Nivellierungswinkel entspricht. Ein Nivelliersensor 130 ist
ebenfalls auf der Lasereinheit montiert und ermittelt den Nivellierungswinkel
des Laserstrahls.
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Es
steht eine mechanische Einheit 140 zur Einstellung des
Neigungswinkels des Laserstrahls zur Verfügung, so dass der Winkelsensor
den gewünschten
Winkelausgabewert berechnet. Eine Zentraleinheit 150 ermittelt
die Ausgabewerte des Winkelsensors und des Nivelliersensors und
gibt die entsprechenden Befehle an die mechanische Einheit 140.
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In
der dargestellten Ausgestaltung sind sowohl der Winkelsensor 120 als
auch der Sensor 130 auf die Lasereinheit 110 aufmontiert,
um sicherzustellen, dass die Ausgabewerte des Winkelsensors und
des Sensors in festem Verhältnis
zum an die Lasereinheit 110 gesendeten Laserstrahl 111 stehen.
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In
vorliegender Ausgestaltung wird die Kombination des Winkelsensors 120 und
des Nivelliersensors 130 dazu benutzt, den Nivellierungswinkel der
Lasereinheit mit großer
Genauigkeit zu bestimmen und die Nivellierungswinkel auf der Grundlage des
Nivellierungswinkels zu ermitteln, der vom Nivelliersensor mithilfe
des Winkelsensors 120 berechnet wird. So stehen zum Beispiel
die Nivelliersensoren zur Verfügung,
die mit hoher Genauigkeit das Signal aussenden, das einer flachen
oder horizontalen Richtung der Lasereinheit entspricht und so als
Sensor 130 vorteilhaft eingesetzt werden kann.
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Außerdem stehen
Winkelsensoren zur Verfügung,
die mit hoher Genauigkeit Veränderungen des
Ausgabewertes ermitteln. Diese entsprechen den Veränderungen
des Neigungswinkels und sind daher für die Einstellung eines Neigungswinkels
geeignet, der allgemein unter dem Begriff relative Veränderungen
des Ausgabewertes des Neigungswinkelsensors im Verhältnis zu
einer Veränderung
des Neigungswinkels bekannt ist. Da Winkelsensoren möglicherweise
keinen genauen Nivellierungswinkel ermitteln können, der z. B. einer absolut
horizontalen Position des Laserstrahls oder der Laserebene entspricht,
wird der Neigungswinkel vom Nivelliersensor 130 ermittelt
und die relativen Nivellierungswinkel im Verhältnis zum Nivellierungswinkel
vom Nivelliersensor werden dann auf der Grundlage des Ausgabewertes
des Winkelsensors angepasst.
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Kurz
gesagt, die verfügbaren
Nivelliersensoren 130 berechnen einen sehr genauen Wert
des Nivellierungswinkels, wobei die verfügbaren Winkelsensoren 120 eine
hohe relative Genauigkeit bieten, aber eine niedrige absolute Genauigkeit.
Kombiniert man einen Nivelliersensor mit einer hohen Anzeigegenauigkeit
und einen Winkelsensor mit einer hohen relativen Anzeigegenauigkeit
des Nivellierungswinkels des Nivelliersensors miteinander, steht
ein verbessertes Winkelmessgerät
mit erhöhter
Genauigkeit zur Verfügung.
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Ist
zum Beispiel bekannt, dass der Winkelsensor einen bekannten Ausgabewert
für eine
Veränderung
ermittelt, z. B. Spannung, die einer bekannten Veränderung
des Neigungswinkels entspricht, z. B. wenn eine funktionelle Relation
oder eine Entsprechung zwischen der Veränderung des Ausgabewertes des
Winkelsensors und der Veränderung
des Neigungswinkels bekannt ist, wird eine genaue Einstellung des
Neigungswinkels mit Hilfe der Anzeige des Winkelsensors möglich. Ein
Ausgabewert des Winkelsensors steht in einer Position, in der der
Nivelliersensor einen zuvor festgelegten Wert als Referenzwert ermittelt.
Das Winkelmessgerät
ist dann so ausgerichtet, dass der Winkelsensor einen Ausgabewert liefert
und eine bestimmte gewünschte
Differenz zum Ausgabewert des Winkelsensors zum Neigungswinkel berechnet,
der einem Neigungswinkel des Laserstrahls im Bezug auf den Nivellierungswinkel
entspricht.
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Diese
Methode funktioniert besonders gut, wenn der Ausgabewert des Winkelsensors
sich linear zum Neigungswinkel verändert. Trotzdem kann jedes
andere funktionale Verhältnis
bestehen. In diesem Fall kann ein gewünschter Neigungswinkel mit der
entsprechenden Funktion in den gewünschten Ausgabewert des Nivelliersensors
umgewandelt werden.
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Es
folgen Beschreibungen der Beispiele für die Bauteile des Winkelmessgerätes 100,
wie in 1 gezeigt. Es sei erwähnt, dass nachfolgende Beispiele
nur als solche angesehen werden sollen und die Ausgestaltung der
Erfindung auf keinen Fall begrenzen.
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In
folgenden Beispiel verfügt
das Winkelmessgerät 100 über ein
Gehäuse,
das in 1 nicht gezeigt wird. In diesem Gehäuse sind
die Bauteile des Winkelmessgerätes
enthalten, z. B., die Lasereinheit 110, der Winkelsensor 120,
der Nivelliersensor 130, die mechanische Einheit 140 und
die Zentraleinheit 150 und möglicherweise auch weitere Bauteile,
z. B. einen Monitor zur Anzeige oder die Benutzereinstellung eines
gewünschten
Neigungswinkels des Laserstrahls, so zum Beispiel eine Anzeige und
Tasten zur Einstellung des gewünschten
Neigungswinkels.
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Zur
Einstellung des Neigungswinkels des Laserstrahls 111, der
Lasereinheit 110 und des aufmontierten Sensors 120 und
des Winkelsensors 130 sollte mindestens ein drehbarer Sensor
montiert sein, der Neigungswinkel dem gewünschten Neigungswinkel entsprechen
und von der mechanischen Einheit 140 gesteuert werden.
So könnten
zum Beispiel die Lasereinheit und die Sensoren 120 und 130 drehbar auf
dem oberen Gehäuseteil
montiert sein und eine mechanische Vorrichtung, in 1 nicht
gezeigt, die von der mechanischen Einheit 140 angetrieben wird,
neigt oder dreht die Lasereinheit und die Sensoren um den Drehpunkt.
Beispiel: Die Lasereinheit bzw. der Laserstrahl sind je nach Einstellung
der mechanischen Einheit 140 um +/–10 Grad oder mehr im Verhältnis zu
einem Nivellierungswinkel drehbar.
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Damit
der Laserstrahl 111 aus dem Gehäuse austreten kann, kann auf
dem oberen Teil des Gehäuses
eine durchsichtige Kuppelkonstruktion, in 1 nicht
abgebildet, eingebaut werden, durch die der Laserstrahl läuft. Die
Kuppelkonstruktion des Gehäuses
besteht zum Beispiel aus vier transparenten, aufrecht stehenden
Glasscheiben von hoher optischer Qualität, die an den seitlichen Kanten
zusammengefügt
sind und im Querschnitt ein Viereck bilden. Die unteren Kanten der
Scheiben können
in einer Kerbe auf der oberen Kante des Gehäuses sitzen, wobei die oberen
Kanten der Glasscheiben in Kerben im oberen Teil des Gehäuses sitzen.
Das würde
die Aussendung des Laserstrahls in alle Richtungen erlauben. Alternativ
dazu sollte der Laserstrahl nur in eine Richtung gesendet werden,
ist eine einzige Glasabdeckung ausreichend.
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Die
Lasereinheit 110 kann jede Art von Laser aus der Vermessungstechnik
benutzen, so zum Beispiel eine Lasereinheit, die einen Laserstrahl
vertikal auf ein Prisma oder eine Spiegelkonstruktion abgibt, die
dann den Laser in horizontale Richtung ausstrahlt, damit das Winkelmessgerät für Vermessungen
im kleinen Maßstab
geeignet ist. Die Lasereinheit 110 aus einem Beispiel besitzt
ein Gehäuse
mit mindestens einem Einbauteil, das drehbar im Gehäuse des
Anzeigegerätes 100 montiert
wird.
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Der
Nivelliersensor 130 ist auf der Lasereinheit montiert,
so dass auch über
längere
Zeit keine Abweichungen zur relativen Position der Lasereinheit im
Bezug auf den Nivelliersensor auftreten. Analog ist der Winkelsensor 120 mindestens
bis zur nächsten
Kalibrierung des Nivellierungswinkels vorzugsweise fest auf der
Lasereinheit montiert.
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Der
Nivelliersensor 130 kann jeder herkömmliche Nivelliersensor sein,
so besteht z. B. ein Lasersensor 130 aus einem Sensor,
der ein Blase in einer Flüssigkeit
erkennt, z. B. Infrarot-Emitter und Sensoren und Lichtdioden benutzt,
um die Position einer Luftblase in einem Glasfläschchen zu erkennen. Es ist
jedoch möglich,
auch andere Sensoren als Nivelliersensoren einzusetzen, vorausgesetzt
sie können
genaue Ausgabesignale senden, die dem Nivellierungswinkel entsprechen.
Soll zum Beispiel die Richtung, angezeigt in 112 und 1,
horizontal sein, so sollte der Nivelliersensor vorzugsweise so ausgerichtet
sein, dass er ein konstantes und wiederholtes Ausgabesignal abgibt,
das dem Nivellierungswinkel oder der horizontalen Richtung entspricht.
Der Nivelliersensor kann so ausgerichtet werden, dass er am Nivellierungswinkel
ein maximales Ausgabesignal oder jedes andere vorgegebene Ausgabesignal abgibt.
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Der
Winkelsensor 130 kann zum Beispiel aus einem Schwerkraftsensor
bestehen, der eine Position mithilfe der Schwerkraft bestimmt. Es
sollte noch darauf hingewiesen werden, dass jeder andere Sensor
ebenfalls eingesetzt und als Winkelsensor 120 benutzt werden
kann, vorausgesetzt er verfügt über eine
ausreichende Genauigkeit bei der Einstellung des Neigungswinkels
im Bezug auf einen Nivellierungswinkel. Der Winkelsensor ermittelt
zum Beispiel einen Ausgabewert, der sich nach einer bekannten Funktion
entsprechend eines Neigungswinkels ändert, sodass der Winkelsensor
für die
Einstellung des gewünschten
Neigungswinkels so eingestellt werden kann, dass er einen bekannten
erwünschten
Ausgabewert ermittelt.
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Eine
Lasereinheit kann zum Beispiel so gedreht werden, dass der Winkelsensor
den gewünschten
Ausgabewert ermittelt, der dem gewünschten Neigungswinkel entspricht.
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Die
mechanische Einheit 140 ist in einem Beispiel auf dem Gehäuse des
Winkelmessgerätes 100 montiert
und besitzt einen Mechanismus, in 1 nicht
dargestellt, mit dem die Lasereinheit geneigt und der Winkelsensor
und der Nivelliersensor um einen Drehpunkt gedreht werden. Beispiel:
Die mechanische Einheit verfügt über einen
Schrittmotor zur Rotation der Lasereinheit, wobei die einzelnen Schritte
den Winkelschritten entsprechen, so dass man, wenn man die einzelnen
Schritte des Schrittmotors zählt,
den Neigungswinkel auf der Grundlage der entsprechenden Ausgabewerte
des Winkelsensors einstellen kann. Der Schrittmotor kann die Spindel drehen
und somit eine Bewegung bzw. eine Rotation der Lasereinheit um den
Rotationspunkt bewirken. Während
in einem Beispiel die mechanische Einheit am Gehäuse des Winkelmessgerätes 100 montiert ist
und die Lasereinheit dreht, ist sie in einem anderen Beispiel auf
der Lasereinheit montiert.
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Als
Zentraleinheit 150 kann jede Art von CPU oder Mikrokontroller
des Winkelmessgerätes
benutzt werden, um auf der Grundlage der Ausgabewerte des Winkelsensors
und des Nivelliersensors Befehle an die mechanische Einheit 140 zu
geben. Beispiel: Die Zentraleinheit 150 liest einen Winkelausgabewert,
der einem Neigungswinkel des Laserstrahls im Bezug auf den Neigungswinkel
des Winkelsensors entspricht, und gibt einen Befehl an die mechanische Einheit,
den Neigungswinkel des Laserstrahls so einzustellen, dass der Winkelsensor
den gewünschten Ausgabewert
ermittelt. Darüber
hinaus gibt die Zentraleinheit an die mechanische Einheit den Befehl, den
Neigungswinkel des Laserstrahls so einzustellen, dass der Nivelliersensor
den Nivellierungswinkel des Laserstrahls als einen Referenzpunkt
für die Funktion
der mechanischen Einheit auf der Grundlage des Ausgabewerts des
Winkelsensors angibt.
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Während die
Zentraleinheit 150 als getrenntes Bauteil ausgeführt werden
kann, das an dem Winkelsensor, den Nivelliersensor und die mechanischen Einheit
abgeschlossen ist, ist es in einer alternativen Ausgestaltung möglich, dass
der Winkelsensor, der Nivelliersensor und die mechanische Einheit
Kontrollelemente besitzen, die die Funktionen der Zentraleinheit 150 übernehmen.
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Die
Zentraleinheit kann durch Programme gesteuert werden, die in einem
Speicher gespeichert sind, nicht abgebildet, und die, wenn sie in
die Zentraleinheit geladen werden, die oben beschriebenen Funktionen
ausführen.
Alternativ oder zusätzlich
können
Teile der Zentraleinheit und die dazugehörigen Programme teilweise oder
ganz in der Hardware eingebaut sein, z. B. in Form funktionsspezifischer Schaltkreise.
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Im
folgenden Beispiel wird eine weitere Ausgestaltung der Erfindung
aus 2 beschrieben.
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2 zeigt
die Funktionen eines Verfahrens zur Winkelmessung nach Ausgestaltung
der Erfindung, z. B. mit Hilfe des Winkelmessgerätes aus der 1, 2 ist
jedoch nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. 2 zeigt
Funktionen während
des regulären
Betriebs des Winkelmessgerätes, um
den Laserstrahl in eine Richtung mit bekanntem Neigungswinkel im
Bezug auf einen Nivellierungswinkel auszurichten.
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In
einer ersten Funktion 200 wird ein Laserstrahl aus einer
Lasereinheit gesendet, so z. B. eine Lasereinheit 110,
auf der ein Winkelsensor, so zum Beispiel der Winkelsensor 120 aus 1 und
ein Nivelliersensor, so zum Beispiel der Nivelliersensor 130 aus
Abb. montiert sind. Der Laserstrahl kann entweder in eine Richtung
gesendet werden oder die Lasereinheit kann rotieren und somit eine
Laserebene bilden.
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Im
Funktion 201 wird der Nivellierungswinkel des Laserstrahls
mit dem Nivelliersensor angegeben. Deshalb errechnet oder definiert
der Winkelsensor den Nivellierungswinkel sehr genau als Referenz
für den
Winkelsensor. So erhält
man den gewünschten Wert
des Ausgabewinkels.
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In
Funktion 202 ermittelt der Winkelsensor einen Winkelausgabewert,
der einem Neigungswinkel des Laserstrahls im Verhältnis zum
Neigungswinkel des Laserstrahls, den der Nivelliersensor anzeigt, entspricht.
Anders ausgedrückt,
der Winkelsensor ermittelt einen Winkelausgabewert, der vom Ausgabewert
des Winkelsensors am Nivellierungswinkel um eine Differenz entsprechend
des Winkels des Laserstrahls im Verhältnis zum Nivellierungswinkel
abweicht, das heißt
der Unterschied wird wie zuvor schon erwähnt durch eine mathematische
Funktion beschrieben.
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In
der Funktion 203 wird der Neigungswinkel des Laserstrahls
durch eine mechanische Einheit eingestellt, z. B. die mechanische
Einheit 140, so dass der Winkelsensor einen Winkelausgabewert
ermittelt, der dem gewünschten
Neigungswinkel entspricht. Der Einstellungsschritt kann durchgeführt werden,
indem der Neigungswinkel des Laserstrahls verändert wird und gleichzeitig
die Ausgabe des Winkelsensors während
der Veränderung
des Winkels des Laserstrahls so lange verfolgt wird, bis der gewünschte Wert
erreicht ist.
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2 zeigt
die zur Winkelmessung ausgeführten
Funktionen mit Angabe des Nivellierungswinkels mithilfe des Neigungswinkels
und Einstellung des Nivellierungswinkels mithilfe des Winkelsensors auf
der Grundlage eines Neigungswinkels, den der Nivelliersensor errechnet.
Dies ermöglicht
eine sehr genaue Einstellung des Winkels des Laserstrahls. Da der
Neigungswinkel einfach durch die Einstellung des Laserstrahls einzustellen
ist, bis ein gewünschter Winkelausgabewert
erreicht ist, wird die einfache Winkelmessung möglich und eine allgemein hohe Produktivität erreicht.
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Im
folgenden Beispiel wird eine weitere Ausgestaltung der Erfindung
aus 3 beschrieben.
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3 zeigt
Elemente eines Winkelmessgerätes
aus einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, vor allem ein Winkelmessgerät, dass
eine Referenzebene mit einem rotierenden Laser bildet. Während 1 ein
Winkelmessgerät
zeigt, bei dem eine eindimensionale Einstellung des Neigungswinkels
im Verhältnis
zum Neigungswinkel möglich
ist, z. B. eine horizontale Richtung, ist in 3 eine duale Winkeleinstellung
möglich,
indem man die Werte zweier Winkelkoordinaten zur Bestimmung der
Neigung oder des Neigungswinkels der Laserebene in zwei Richtungen
individuell einstellt.
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3 zeigt
im Allgemeinen ein Winkelmessgerät 300 mit
einer Lasereinheit 310, bei der mindestens ein Teil rotiert,
um einen Laserstrahl auf einer Laserebene 367 auszusenden.
In einem weiteren Beispiel besitzt die Lasereinheit 310 einen
Laserstrahl, der auf einer Laserebene rotiert, in dem sie den Laserstrahl
senkrecht nach oben sendet und dann mit Hilfe von einer Spiegelkonstruktion
oder einem Pentagon-Prisma um 90 Grad umleitet. In einem Beispiel
besteht das Pentagon-Prisma
aus einem Paar Spiegel, die doppelt reflektieren und sich um eine
vertikale Achse drehen, vorausgesetzt das Winkelmessgerät ist im
Projektor in aufrechter Position aufgestellt, um einen horizontalen,
sich drehenden Strahl auszusenden, der die Laserebene definiert. Die
Laserebene kann um einen bestimmten Neigungswinkel im Verhältnis zur
horizontalen oder flachen Richtung geneigt werden und ermittelt
so eine geneigte Laserebene wie die in 3. Beispiel:
Die Laserebene ist im Verhältnis
zur einer Referenzebene geneigt, die von den senkrecht zu- einander
stehenden X- und
Y-Achse definiert wird. In einem weiteren Beispiel bilden die Achsen
X und Y eine Referenzebene, die nicht geneigt, also horizontal ist.
Außerdem
muss hinzugefügt
werden, dass alle möglichen
Nivellierungswinkel für
die Referenzebene definiert werden können, so z. B. eine Referenzebene mit
einer der X- oder Y-Achse in senkrechter Position.
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Die
Referenzebene 367 wird ähnlich
wie die Referenzrichtung 112 aus 112 vom
Laserstrahl im Nivellierungswinkel definiert, d. h. wenn der Winkelsensor
ein dem Nivellierungswinkel entsprechendes Ausgabesignal sendet.
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Lässt man
durch Bildung der Laserebene mit dem sich drehenden Laser einen
Grad Spielraum, so besitzt der Neigungswinkel zwei Winkelkoordinaten verbunden
mit einer auf der x- oder y-Achse. In einem Beispiel ist die Laserebene
in Richtung X-Achse geneigt, wie mit Pfeil 265 dargestellt,
und in Richtung y-Achse, wie mit Pfeil 366 dargestellt. Ähnlich bildet der
Nivelliersensor einen Nivellierungswinkel, der aus zwei Koordinaten
besteht.
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Dementsprechend
errechnet der Winkelsensor 320 einen Winkelausgabewert
bestehend aus zwei Ausgabekoordinaten. Der Nivelliersensor 330 errechnet
einen Ausgabewert, der aus zwei Koordinaten besteht.
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Ein
Winkelsensor oder ein Nivelliersensor, die jeweils zwei Ausgabekoordinaten
berechnen, erhält
man, indem man zwei Bauteile eines Winkelsensors oder eines Nivelliersensors
senkrecht zueinander aufstellt, am besten auf die x- und die y-Achse ausgerichtet.
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Jede
Ausgabekoordinate entspricht einer Winkelkoordinate im Bezug auf
eine auf der x- und y-Achse und bilden somit die Laserebene. Während die
x- und y-Achse senkrecht zueinander ausgerichtet sein können, ist
auch jede andere Ausrichtung der X- und der Y-Achsen möglich.
-
Der
Nivelliersensor in der vorliegenden Ausgestaltung hat zwei Abtastrichtungen
zur Ermittlung der Ausgabewerte, die den zwei Nivellierungswinkelkoordinaten
entsprechen. Analog besitzt der Winkelsensor in der vorliegenden
Ausgestaltung zwei Abtastrichtungen zur Ermittlung der Winkelausgabewerte,
die den zwei Winkelkoordinaten entsprechen. Die Abtastrichtung des
Winkelsensors sollte auf die x- und die y-Achse ausgerichtet sein,
so dass die von einem Benutzer eingegebenen Winkelkoordinaten einer
Neigung der Laserebene zur x- und y-Achse entsprechen. Es ist vorteilhaft,
wenn des Winkelmessgerät
eine optische Anzeige besitzt, die auf mindestens eine der X- oder
Y-Achsen ausgerichtet
ist, um dem Benutzer eine optische Referenz zu geben, um die das
Winkelmessgerät
und die x- und y-Achse
auf eine Landschaft oder ein Objekt auszurichten, so dass auf einer
Baustelle etc. ein Zusammenhang zwischen den gewünschten Winkelkoordinaten und
einer Richtung hergestellt wird. So wird zum Beispiel die optische
Anzeige von einem Benutzer des Winkelmessgerätes eingesetzt, um es mit der
x- oder y-Achse
auf eine Landschaft oder ein Objekt auszurichten, so dass ein Zusammenhang
zwischen der Winkelkoordinate der Achse und der ”Wirklichen Welt” entsteht.
-
Es
ist möglich,
dass das Winkelmessgerät
so eine optische Anzeige für
die eine Achse besitzt. Es ist aber auch möglich, dass das Winkelmessgerät für jede x-
und y-Achse eine optische Anzeige besitzt und somit eine optische
Anzeige für
die Richtung, in die die Winkelkoordinaten angepasst werden.
-
Um
die Laserebene mit Hilfe zweier Koordinaten anpassen zu können, besitzt
die mechanische Einheit 340 eine mechanische Einrichtung
zur Rotation der Lasereinheit in zwei Richtungen, gewöhnlich senkrecht
zueinander und auf die x- und y-Achse ausgerichtet. Die mechanische
Einheit 340 kann zum Beispiel zusätzlich zum Schrittmotor und
der Spindel aus 1 einen zweiten Schrittmotor
mit einer zweiten Spindel besitzen, um die Rotation der Lasereinheit
entsprechend den beiden Winkelkoordinaten auszuführen. Wir weisen jedoch darauf
hin, dass die mechanische Einrichtung zur Rotation der Lasereinheit
in zwei Richtungen, nach der optischen Anzeige auf dem Gehäuse ausgerichtet
sein sollte, so z. B. auf einem Sonnenschutz der Winkelanzeige,
d. h. die x- und y-Achse ist, jedoch nicht notwendigerweise, mit
den Abtastrichtungen des Winkelsensors verknüpft. D. h. der Winkelsensor
kann mit einer Toleranz auf der Schaltplatte platziert werden, wobei
jedoch ein Winkel von 90 Grad zwischen den beiden ertasteten Richtungen
gewährleistet
sein sollte. Eine Abweichung hiervon hat keinen Einfluss auf die
Genauigkeit der Winkelangaben. Die Berechnung kann so vereinfacht
werden.
-
Die
Zentraleinheit 350 empfängt
die Winkelkoordinaten des Winkelsensors und leitet die entsprechenden
Befehle an die mechanische Einheit weiter, damit diese den rotierenden
Laserstrahl, die Laserebene und den Winkelgrad einstellt.
-
Wie
in 3 dargestellt, ist die Laserebene 367 in
Richtung x-Achse geneigt, wie der Pfeil 365 anzeigt, und
in Richtung y-Achse, wie der Pfeil 366 anzeigt. In diesem
Beispiel kennzeichnet die Referenznummer 362 den Laserstrahl,
der so ausgesendet wird, dass er eine Laserebene bildet. Wenn die
x- und die y-Achse 360 und 361 senkrecht zueinander stehen,
bewirkt eine Neigung auf der x-Achse, wie der Pfeil 365 anzeigt,
eine Rotation um die y-Achse, wobei eine Neigung auf der y-Achse, wie der Pfeil 366 anzeigt,
eine Rotation um die x-Achse bewirkt. Dies ist jedoch nicht der
Fall, wenn die x- und die y-Achse nicht senkrecht zueinander stehen.
-
Funktion
aus der Ausgestaltung aus 3 ist ähnlich der
Funktion aus 1, in der sich der Laserstrahl
auf einer Laserebene dreht, der Neigungswinkel besteht aus zwei
Koordinaten, und der Winkelausgabewert aus zwei Ausgabekoordinaten. Der
Neigungsausgabewert besitzt ebenfalls zwei Werte.
-
Beim
Betrieb wird der Laserstrahl von der Lasereinheit gesendet, um die
Laserebene zu definieren. Auf der Lasereinheit sind dazu der Winkelsensor und
der Nivelliersensor aufmontiert. Der Nivelliersensor ermittelt mithilfe
der beiden Ausgabewerte des Winkelsensors den Nivellierungswinkel
des Laserstrahls oder der Laserebene. Der Winkelsensor ermittelt
die Ausgabewerte auf der x- und der y-Achse. Diese entsprechen den
Winkelkoordinaten der Laserebene im Verhältnis zu den Neigungswinkel-Koordinaten.
-
Die
Winkelkoordinaten der Laserebene werden dabei mit der mechanischen
Einheit so eingestellt, dass der Winkelsensor die Koordinaten des
gewünschten
Ausgabewertes ermittelt.
-
Nachfolgend
wird der Einfachheit halber für die
weitere Bearbeitung angenommen, dass der Laserstrahl einen Grad
Spielraum hat, das heißt
eine Winkelkoordinate. Alles Nachfolgende ist jedoch analog auf
einen sich drehenden Laserstrahl mit Koordinaten entsprechend einer
x- und y-Achse anwendbar.
-
Im
folgenden Beispiel wird eine weitere Ausgestaltung der Erfindung
im Hinblick auf 4 beschrieben.
-
Die 4 zeigt
die Funktionen eines Verfahrens zur Winkelmessung. Diese gehen dabei
speziell auf die normale Funktion des Winkelmessgerätes ein,
wie das Gerät
in 1 oder in 3. Während des
Betriebs ist es aufgrund möglicher
fehlender Genauigkeit der Nivellierungswinkelanzeige des Winkelsensors
vielleicht erforderlich, mithilfe des Nivelliersensors den Nivellierungswinkel
neu zu kalibrieren. Bei diesem Vorgang wird ein Ausgabewert des
Winkelsensors genau auf den vom Nivelliersensor ermittelten Nivellierungswinkel
errechnet und zur Berechnung des Nivellierungswinkels benutzt. Daher kann
die äußerst hohe
Genauigkeit der Nivellierungswinkelanzeige des Nivelliersensors
bei der genauen Ermittlung des Neigungswinkels durch den Nivelliersensor
eingesetzt werden.
-
In
der ersten Funktion 401 sendet die Lasereinheit, auf der
ein Winkelsensor und ein Nivelliersensor montiert ist, einen Laserstrahl,
so z. B. die Lasereinheit 110 oder 310 aus den 1 und 3.
-
Mit
der Funktion 402 wird festgelegt, ob eine neue Kalibrierung
des Nivellierungswinkels notwendig ist. Eine Neukalibrierung des
Nivellierungswinkels ist zum Beispiel erforderlich, wenn das Winkelanzeigegerät eingeschaltet
wird oder weitere Bedingungen zu erfüllen sind, so zum Beispiel
die Wahrnehmung einer Bewegung des Gerätes, eine Temperaturveränderung
oder sonstige Bedingungen in der Umgebung. Außerdem könnte eine Nivellierungswinkelkalibrierung
aufgrund einer Benutzereingabe erforderlich sein, den Nullwinkel
oder den Nivellierungswinkel des Gerätes einzustellen.
-
Die
Funktion 402 zeigt die Entscheidung ”JA”. Das bedeutet, dass eine
Neukalibrierung des Nivellierungswinkels erforderlich ist. In Funktion 403 werden
der Neigungswinkel oder die Neigungswinkelkoordinaten der Lasereinheit
so eingestellt, dass der Nivelliersensor einen vorgegebenen Ausgabewert
oder vorgegebene Ausgabewerte für
die Nivellierungswinkelkoordinaten errechnet, die einem Nievellierungswinkel
oder den Nivellierungswinkelkoordinaten des Laserstrahls entsprechen.
-
Der
vorgegebene, einem Nivellierungswinkel entsprechende Ausgabewert
kann schon vorher, z. B. während
der Herstellung des Gerätes
festgelegt werden. So ist zum Beispiel das Winkelmessgerät mit aufmontierter
Lasereinheit bei der Herstellung möglicherweise so eingestellt,
dass der Laserstrahl in einer völlig
flachen oder horizontalen Richtung liegt und deshalb die Ausgabewerte
des Nivelliersensors völlig
flach/horizontal am Nivellierungswinkel ausgerichtet sind. Sie können als
zuvor festgelegte Ausgabewerte der Neigung gespeichert werden.
-
Entsprechend
ist nach Einstellung der Lasereinheit in der Form, dass der Nivelliersensor
einen zuvor festgelegten Ausgabewert errechnet, bekannt, dass sich
die Lasereinheit in einer Position befindet, in der der Laserstrahl
oder die Laserebene im Nivellierungswinkel liegen. Der Nivellierungswinkel
kann einer horizontalen, flachen Ausrichtung der Laserebene entsprechen.
Alternativ dazu kann der Nivellierungswinkel jedoch auch so bestimmt
werden, dass er jedem anderen Nivellierungswinkel entspricht, mitunter
einer vertikalen Ausrichtung der Laserebene oder des Laserstrahls.
-
In
der Funktion 404 wird nach der Einstellung des Winkels
der Lasereinheit in der Form, dass der Neigungswinkel den vorgegebenen
Neigungswert errechnet, der Winkelausgabewert oder die entsprechenden
Koordinaten des Winkelsensors im flachen Nivellierungswinkel ermittelt.
Anders ausgedrückt, bei
horizontaler Ausrichtung des Laserstrahls ist die ”Null-Position” des Winkelsensors
bekannt und der entsprechende Winkelausgabewert kann ermittelt und/oder
protokolliert werden. Dann ist bekannt, dass jeder Neigungswinkel
und die jeweilige Differenz des Winkelausgabewertes im Nivellierungswinkel
mithilfe der Grundeinstellungen oder der ursprünglichen Einstellung oder Neukalibrierung
justiert werden können.
-
Danach
wird in der Funktion 405 der gewünschte Winkelausgabewert des
Winkelsensors mithilfe eines gewünschten
Neigungswinkels der Lasereinheit und eines Neigungswinkelausgabewertes des
Winkelsensors im Nivellierungswinkel ermittelt, den der Nivelliersensor
anzeigt. Anders ausgedrückt, wenn
die Ausgabe des Winkelsensors im Nivellierungswinkel bekannt ist
und ein bekannter Zusammenhang zwischen den Neigungswinkeln im Verhältnis zum
Nivellierungsinkel und der Veränderung
des Ausgabewertes des Winkelsensors besteht, kann jeder einem gewünschten
Neigungswinkel entsprechende Ausgabewert eingestellt werden.
-
Der
gewünschte
Winkelausgabewert in Funktion 405 kann mithilfe einer vorher
gespeicherten Tabelle oder der entsprechenden Berechnung der funktionalen
Beziehung zwischen dem Neigungswinkel und dem Winkelausgabewert
ermittelt werden.
-
Ist
in der Funktion 402 die Entscheidung ”NEIN”, so geht das Programm direkt
zu Funktion 405 über.
-
Nach
der Ermittlung des Winkelausgabewertes entsprechend eines gewünschten
Neigungswinkels, wird der Neigungswinkel des Laserstrahls mit der
mechanischen Einheit aus Funktion 406 so eingestellt, dass
der Winkelsensor den gewünschten Winkelausgabewert
ermittelt. So kann zum Beispiel der Neigungswinkel so lange schrittweise
erhöht
werden, bis der gewünschte Winkelausgabewert
erreicht ist. Analog können
im Fall von zwei Grad Spielraum die Winkelkoordinaten der Lasereinheit
mit der mechanischen Einheit so eingestellt werden, dass der Winkelsensor
die gewünschten
Koordinaten ausgibt.
-
Im
folgenden Beispiel wird eine weitere Ausgestaltung der Erfindung
aus 5 beschrieben.
-
5 zeigt
die Funktionen eines Verfahrens zur Winkelmessung, insbesondere
die Funktionen zur Ermittlung oder Anzeige eines Winkelausgabewertes
entsprechend einem gewünschten
Neigungswinkel.
-
Wie
schon oben erwähnt,
ermittelt der Winkelsensor ein sehr genaues relatives Signal, d.
h. eine Veränderung
des Ausgabesignals ist konstant und entspricht genau einer Veränderung
des Neigungswinkels. So verändert
sich der Ausgabewert des Winkelsensors in einem Beispiel linear
zum Neigungswinkel, so dass, wenn der Nivellierungswinkel und der
entsprechende Ausgabewert des Nivelliersensors bekannt sind, der
Neigungswinkel des Winkelmessgerätes
genau eingestellt werden kann. Es besteht jedoch nicht notwendigerweise
ein linearer Zusammenhang zwischen der Veränderung des Ausgabewertes und
es ist nicht notwendigerweise ein Winkelsensor vorhanden. Es kann
daher jede andere funktionale oder mathematische Beziehung bestehen.
-
Ist
der Ausgabewert des Winkelsensors im Nivellierungswinkel, der vorher
mit dem Nivelliersensor bestimmt wurde, bekannt, kann man dementsprechend
den dem gewünschten
Neigungswinkel entsprechenden Ausgabewert des Winkelsensors mit
einer linearen Funktion oder mathematischen Beziehung zwischen der
Veränderung
der Ausgabewerte des Nivelliersensors und des Neigungswinkels ermitteln.
-
Diese
Herangehensweise ist machbar, kann aber zu großem rechnerischen Aufwand führen, besonders
bei Berechnungen zweiten Grades, in denen die Koordinaten der Neigungswinkel
und die entsprechenden Ausgabewerte mit einbezogen werden müssen. Deshalb
kann im Speicher des Winkelmessgerätes im Voraus eine Tabelle
angelegt werden, die eine Vielzahl von Ausgabewerten des Nivelliersensors
und die entsprechenden Neigungswinkel des Laserstrahls oder alternativ,
eine Vielzahl von Ausgabekoordinaten des Winkelsensors der entsprechenden
Koordinaten der Neigungswinkel des Laserstrahls enthält.
-
Nachfolgend
werden Funktionen zur Definition eines gewünschten Ausgabewertes des Winkelsensors
im Hinblick auf 5 beschrieben. In der ersten
Funktion 501 wird für
den Laserstrahl vom Benutzer ein gewünschter Neigungswinkel eingegeben. So
kann zum Beispiel ein Benutzer einen gewünschten Neigungswinkel oder
die den x- und y-Achsen des Laserstrahls oder der Laserebene entsprechenden
gewünschten
Winkelkoordinaten über
eine Eingabeeinheit in das Winkelmessgerät eingeben. Die Eingabeeinheit
kann über
Tasten verfügen
und ein passendes Display zur individuellen Einstellung des Neigungswinkels
oder der Winkelkoordinaten, zum Beispiel nachdem das Winkelmessgerät wie oben beschrieben
auf der Baustelle aufgestellt und die visuelle Anzeige auf die x-
bzw. y-Achse ausgerichtet ist.
-
In
Funktion 502 wird ein Winkelausgabewert des Winkelsensors
im Neigungswinkel z. B. wie oben beschrieben errechnet, indem der
Neigungswinkel so eingestellt wird, dass er gleich dem vom Nivelliersensor
angezeigten Neigungswinkel ist, sowie durch Einlesen der Ausgabewerte
des Winkelsensors oder der Ausgabekoordinaten am so eingestellten
Nivellierungswinkel.
-
Alternativ
dazu wird in Funktion 503 die Differenz eines Winkelausgabewertes
mithilfe einer Tabelle mit einer Vielzahl von Winkelausgabewerten des
Winkelsensors und den entsprechenden Neigungswinkeln des Laserstrahls,
einer Tabelle, die z. B. schon während
der Herstellung erstellt wurde, errechnet. Der Winkelausgabewert
aus der Tabelle, der dem Ausgabewert des Winkelsensors am Neigungswinkel
entspricht, wird während
des Prozesses als Nullwinkel definiert oder als Offsetwert. Jeder
gewünschte
Ausgabewert kann ermittelt werden indem man die Differenz der Ausgabewerte
addiert, die mithilfe einer mathematischen Funktion zwischen der Differenz
der Winkelausgabewerte und dem Neigungswinkel zum Ausgabewert des
Winkelsensors im Nivellierungswinkel errechnet wird.
-
Während die
Tabelle zur Speicherung der Differenzen des Ausgabewertes, die den
Winkeldifferenzen der Winkelausgabewerte im Neigungswinkel entsprechen,
benutzt wird, können
auch die absoluten Ausgabewerte des Winkelsensors in der Tabelle gespeichert
werden.
-
Eine
Alternative zur Funktion 503 ist die Funktion 504,
bei der eine Differenz des Winkelausgabewertes mithilfe einer mathematischen
Funktion zwischen der Differenzen der Winkelausgabewerte des Winkelsensors
und den Winkeldifferenzen des Laserstrahls ermittelt werden kann.
So besteht zum Beispiel ein linearer oder jeglicher andere mathematische
Zusammenhang zwischen den Differenzen der Ausgabewerte des Winkelsensors
und der Winkeldifferenzen des Laserstrahls. Ist der Ausgabewert
des Winkelsensors im Nivellierungswinkel bekannt, kann mithilfe
des mathematischen Zusammenhangs zwischen den Differenzen der Winkelausgabewerte
und der Winkel im Verhältnis
zum Nivellierungswinkel jeder beliebige Winkelausgabewert ermittelt
werden.
-
Nach
den Funktionen 503 und 504 wird in Funktion 505 der
gewünschte
Winkelausgabewert ermittelt, indem man zum Winkelausgabewert des Winkelsensors
im Nivellierungswinkel die dem gewünschten Neigungswinkel entsprechende
Differenz des Winkelausgabewertes addiert. Dann kann der gewünschte Winkelausgabewert
durch Drehen der Lasereinheit mithilfe der mechanischen Einheit
in die richtige Position ermittelt werden.
-
Im
Folgenden wird eine weitere Ausgestaltung der Erfindung aus 6A, 6B und 6C beschrieben.
-
6A zeigt
ein Beispiel eines Speichers mit einer Tabelle mit den jeweiligen
Winkelwerten und den Winkelausgabewerten des Winkelsensors. Diese
Beispiel-Tabelle
ist besonders hilfreich bei Winkelmessgeräten mit einem Laserstrahl mit
einem Winkelspielraum, d. h. nur in eine Richtung einstellbar. In diesem
Fall können
zum Beispiel die gewünschten Werte
des Neigungswinkels, minus 10 Grad, minus 5 Grad, 0, 5 und 10 Grad
bestimmt werden. Bei einer ersten Aufzeichnung können die entsprechenden Ausgabewerte
für extern
voreingestellte, bekannte Neigungswinkel gespeichert werden. So
können
zum Beispiel die angezeigten Neigungswinkelpaare und die Winkelausgabewerte
ermittelt werden.
-
Wie
zuvor schon erwähnt,
kann die relative Genauigkeit des Winkelausgabewertes sehr hoch, aber
die absolute Genauigkeit z. B. bei der Anzeige des Nivellierungswinkels
des Winkelsensor nicht genau sein. Demnach entspricht die Anzeige
des Nullwinkels oder des Neigungswinkels mit dem Winkelsensor nicht
immer dem tatsächlichen
Nivellierungsswinkel. Deshalb sollte der vom Winkelsensor ermittelte,
dem tatsächlichen
Nivellierungswinkel entsprechende Winkelausgabewert mithilfe des
Winkelsensors neu kalibriert werden. Entsprechende Beispiele wurden
oben angeführt.
-
In 6A wird
nun angenommen, dass der Nivelliersensor während des normalen Betriebs
einen Nivellierungswinkel mit dem Ausgabewert von –0,25 (Spannung
oder jede andere Menge) anzeigt. Demnach muss man bei Berechnungen
des gewünschten
Winkelausgabewertes mithilfe der Tabelle mit Nivellierungswinkel
oder einem Ausgabewert –0,25
beginnen.
-
Ist
zum Beispiel ein Winkel von –5
Grad gewünscht
(zwischen –5
Grad bis –10
Grad), so wäre der
gewünschte
Winkelausgabewert –0,5.
Für die Einstellung
des Winkels auf –5
Grad würde
die mechanische Einheit den Laserstrahl so einstellen, dass der
Winkelausgabewert –0,5
ermittelt wird.
-
In
einem weiteren Beispiel aus 6A wird die
Einstellung eines Neigungswinkels von +10 Grad erwünscht. Dann
ist der gewünschte
Winkelausgabewert 0,25. Die Berechnung beginnt mit einem Nivellierungswinkel
wie in 6A, z. B. –0,25 + 0,5 = 0,25.
-
Während die
Abbildung nur einige der gespeicherten Neigungswinkelwerte und die
jeweiligen Winkelausgabewerte zeigt, kann eine viel größere Tabelle
gespeichert werden.
-
Alternativ
oder zusätzlich
dazu kann der gewünschte
Winkelausgabewert des Winkelsensors mithilfe einer Interpolation
zweier Winkelausgabewerte und der jeweiligen Neigungswinkel aus
der Tabelle ermittelt werden, die dem gewünschten Wert am nächsten kommen.
Die Interpolation sollte am besten auf einer bekannten Funktion
zwischen dem Neigungswinkel und den Differenzen der Winkelausgabewerte
beruhen. In der Beispiel-Tabelle aus 6A gilt,
wenn ein Winkel von 2,5 Grad gewünscht
ist, wären
die benachbarten Winkelausgabewerte –0,25 und 0. Besteht ein linearer
Zusammenhang zwischen dem Neigungswinkel und den Winkelausgabewerten,
ist die gewünschte
Neigung –0,125.
-
6B zeigt
eine speziell auf eine Dual-Winkel-Anwendung mit einem auf einer Laserebene
drehenden Laser anwendbare Beispiel-Tabelle. Die Tabelle enthält dabei
die Winkelwerte auf der x- und der y-Achse sowie die entsprechenden
Winkelausgabewerte x und y.
-
Im
Speicher befindet sich nun die Tabelle mit einer Vielzahl von Winkelausgabewerten
und den jeweiligen extern voreingestellten Neigungswinkelkoordinaten
der x- und der x-Achse.
Diese entsprechen der Abtastrichtungen des Winkelsensors. Im vorliegenden
Fall, wie aus den Werten x und y in den entsprechenden senkrecht
zueinander stehenden Richtungen ersichtlich ist, sind die Abtastrichtungen
des Winkelsensors, d. h. auf der x- und y-Achse mit den externen Aufzeichnungen
für die
x- und y-Achse verknüpft, die
für die
Aufzeichnung der Werte in der Tabelle gebraucht wird, und zwar so,
dass die x-Ausgabe des Winkelsensors der x-Achse, und die y-Ausgabe des Winkelsensors
der y-Achse entspricht. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise der
Fall, wenn es eine Abweichung zwischen der Abtastung des Winkelsensors
gibt, z. B. aufgrund einer Fehlverknüpfung während der Aufzeichnung der
Tabelle. Dann besteht keine Gleichheit der x- und y-Werte entsprechend
den x- und y-Winkeln. In einer zwei-dimensionalen Tabelle wird diese
Abweichung jedoch mit berechnet und „automatisch” berichtigt.
-
6B zeigt
die absoluten Ausgabewerte des Winkelsensors auf der x- und der
y-Achse, die mithilfe eines Winkelausgabewertes in einem Nivellierungswinkel,
wie ihn der Nivelliersensor mit den Koordinaten der x- und der y-Achse
abtastet, berechnet wird. In 6B beträgt die Koordinate
des Winkelausgabewerte auf der x- Achse
2,511111 und die auf der y-Achse 2.5. Sind die Ausgabewerte bekannt, wird
die Tabelle entsprechend angepasst, so dass die gewünschten
Ausgabewerte des Winkelsensors in x- und y-Richtung direkt von der
Tabelle mit den gewünschten
Neigungswinkel-Koordinaten eingelesen werden können.
-
Hat
zum Beispiel die x-Koordinate des gewünschten Neigungswinkels den
Wert 5 und die y-Koordinate den Wert –5, so wäre der Wert der gewünschten
x-Koordinate des Ausgabewertes des Winkelsensors 3,011111 und die
entsprechende y-Koordinate hätte
den Wert 2.
-
Ist
eine gewünschter
Neigungswinkel zuvor nicht in einer Tabelle aufgezeichnet, kann
analog zu den Aussagen aus 6A mithilfe
zweier benachbarter Neigungswinkel-Koordinaten und den entsprechenden Winkelsensor-Koordinaten eine
Interpolation erfolgen. Im Beispiel aus 6B besitzt
eine Koordinate der y-Achse den Wert –2,5 Grad und eine Koordinate
auf der x-Achse den Wert 7,5. Vorausgesetzt es besteht ein bekannter
linearer Zusammenhang zwischen den Veränderungen der Werte des Winkelsensors
und des Neigungswinkels, dann hat der Ausgabewert des Winkelsensors
in x-Richtung den Wert 3,261111 und der gewünschte Ausgabewert des Winkelsensors
in y-Richtung den Wert 2,25. Sie basieren auf den Wertepaaren der
benachbarten Neigungswinkel in x-Richtung 5 und 10 und in y-Richtung
0 und –5.
-
6C zeigt
ein ähnliches
Beispiel wie das in 6B, aber mit einem angenommenen
Winkelausgabewert auf der x-Achse
von 1,511111 und einem Winkelausgabewert auf der Y-Achse von 1,5. Somit
wird ein anderer Ausgabewert des Winkelsensors ermittelt.
-
Wiederum
wird die Tabelle aus 6C mithilfe der Ausgabekoordinaten
im Nivellierungswinkel ermittelt, so dass die Koordinate des gewünschten Winkelausgabewertes
direkt der Tabelle entnommen werden kann, die auf den gewünschten
Koordinaten des Neigungswinkels beruht. In diesem Fall gilt also, dass
wenn ein Winkelwert nicht direkt aus der Tabelle entnommen werden
kann, die gewünschten
Sensorausgabewerte in x- und y-Richtung mithilfe einer Interpolation
ermittelt werden können.
-
Wiederum
wird in 6C angenommen, dass die Koordinaten
des Neigungswinkels auf der x-Achse in Richtung 7,5 Grad und auf
der y-Achse den Wert –2,5
Grad haben. In diesem Beispiel würde der
gewünschte
Winkelausgabewert in Richtung x-Achse 2,261111 und der gewünschte Winkelausgabewert
in Richtung y-Achse 1,25 betragen.
-
Als
Alternative zu Grad können
auch andere Winkeleinheiten wie z. B. Prozent eingesetzt werden.
-
Im
folgenden Beispiel wird eine weitere Ausgestaltung der Erfindung
im Zusammenhang mit der 7 beschrieben.
-
7 beschreibt
insbesondere die Funktion zur Speicherung einer Tabelle mit den
Ausgabewerten des Winkelsensors und den entsprechenden Neigungswinkeln.
-
Die
Funktionen aus 7 können möglicherweise bei der Herstellung
ausgeführt
werden, wobei das Winkelmessgerät
schrittweise in bekannte Richtungen ausgerichtet wird, um die Laserebene
in eine bekannte Richtung auszurichten.
-
In
einer ersten Funktion 701 wird der Laserstrahl oder die
Laserebene mithilfe eines externen Nivellierers auf einen bekannten
Nivellierungswinkel eingestellt. Mit der Herstellungsausstattung
wird die z. B. Laserebene absolut horizontal ausgerichtet. In der
Funktion 702 werden Ausgabewerte des Nivellierungswinkels
oder die Koordinaten der Ausgabewerte des Nivelliersensors in einem
bestimmten Neigungswinkel gespeichert. Darüber hinaus wird das Winkelmessgerät so auf
einer Werkbank ausgerichtet, dass die Abtastrichtungen wenn möglich den
Neigungsrichtungen entsprechen, d. h. in diesem Fall mit den x-
und y-Achsen der Werkbank übereinstimmen. Wie
oben bereits erwähnt,
wirken sich Fehlverknüpfung
während
der Aufzeichnung der Tabelle innerhalb bestimmter Grenzen nicht
sehr negativ aus.
-
In
Funktion 703 werden dann Winkelausgabewerte des Winkelsensors
in einem bestimmten Nivllierungswinkel in die Tabelle aufgezeichnet.
Mit Wiederholung der Funktionen 704, 705, 706 wird
der Neigungswinkel erhöht
und die entsprechenden Ausgabewerte des Winkelsensors im eingestellten
Neigungswinkel schrittweise in die Tabelle eingegeben. Ist die Entscheidung ”Nein”, werden
die Funktionen 704–706 wiederholt,
oder die Funktion wird beendet.
-
Genauer
gesagt wird in Funktion 704 der Neigungswinkel um einen
bekannten Wert erhöht.
In der Funktion 705 wird der Ausgabewert des Winkelsensors
im eingestellten Neigungswinkel in der Tabelle aufgezeichnet. Noch
genauer, um eine zweidimensionale Tabelle wie die aus 6B aufzuzeichnen,
wird eine der Winkelkoordinaten, die mit einer der auf der x- und
y-Achse eingestellten verknüpft
ist, eingestellt, und die andere wird um die bekannt Erhöhung so
lange geändert,
bis der maximale Neigungswinkel in dieser Richtung erreicht ist.
Danach wird eine der Winkelkoordinaten erhöht und die zweite wird wieder
um einen bekannten Wert verändert,
bis der maximale Neigungswinkel dieser Richtung erreicht ist. Dieser
Vorgang wird so lange wiederholt, bis alle Eintragungen in die Tabelle
erfolgt sind, d. h. bis also alle Winkelkoordinaten bis an ihre
Grenzwerte verändert
wurden.
-
Die
oben beschriebene Vorgehensweise zur Erstellung einer zweidimensionalen
Tabelle für
ein Dual-Winkel-Anzeigegerät lässt eine
gewisse Abweichung zwischen dem die Richtung abtastenden Winkelsensor,
d. h. der zuvor beschriebenen x- und y-Achse, und der aufzeichnenden
x- und y-Achse zu. Im
Idealfall besteht jedoch zwischen den Abtastrichtungen und der x-
und der y-Achse eine Koinzidenz. Kommt es zur Abweichung, so wird
diese mit einbezogen und der Verlust der Genauigkeit ist, wie schon erwähnt, minimal.
-
In
einem Beispiel ist das Winkelmessgerät bei der Herstellung auf einem
neigbaren Referenz-Sockel montiert und kann entlang der x- und der y-Achse
geneigt werden. Das Winkelmessgerät wird am Besten so auf diesen
Sockel aufmontiert, dass die Abtastrichtungen des Winkelsensors
mit der aufzeichnenden x- und der y-Achse des Sockels verknüpft sind.
Eine solche Ausrichtung kann zum Beispiel mithilfe der optischen
Anzeige am Gehäuse
des Winkelmessgerätes
erreicht werden, die eine der Abtastrichtungen des Gerätes anzeigt.
-
Im
folgenden Beispiel wird eine weitere Ausgestaltung der Erfindung
aus 8 beschrieben.
-
8 zeigt
Funktionen, besonders die Beschreibung der Kalibrierung während des
Betriebes des Winkelmessgerätes
aufgrund einer Temperaturveränderung.
-
Wie
bereits zuvor erwähnt,
berechnet der Winkelsensor im Allgemeinen ein Ausgabesignal, wobei
die Veränderungen
des Ausgabesignals konstant und stabil bleibt und den Veränderungen
des Neigungswinkels entspricht. Auf jeden Fall kann eine Temperaturveränderung
den mathematischen Zusammenhang zwischen der Änderung des Ausgabesignals
des Winkelsensors und den Neigungswinkeln verändern. Darüber hinaus können die
mechanischen Komponenten bei größeren Temperaturschwankungen
beeinflusst werden. Wie zuvor bereits erwähnt, können kleinere Abweichungen
aufgrund größerer, möglicherweise
vom Winkelmessgerät
abgedeckter Entfernungen bei größerer Entfernung zum
Winkelanzeigegerät
zu inakzeptablen Fehlern führen.
-
Die Überwachung
von Temperaturveränderungen
ist in einer Umgebung mit potenziell großen Temperaturschwankungen
besonders wichtig. So kann das Winkelmessgerät während des Arbeitstages auf
einer Baustelle zum Beispiel Temperaturschwankungen von 40 Grad
Celsius und mehr ausgesetzt sein.
-
Deshalb
wird zur Durchführung
einer Neukalibrierung des Neigungswinkels aufgrund von Temperaturschwankungen
in Funktion 801 die Umgebungstemperatur im Winkelsensor
mit einem Temperaturfühler
gemessen. Die Umgebungstemperatur kann die Lufttemperatur in der
Nähe des
Winkelmessgerätes
oder im Gehäuse
des Gerätes
sein.
-
In
der Funktion 802 wird festgelegt, ob eine Temperaturänderung
einen vorgegebenen Grenzwert überschritten
hat. So kann z. B. eine Temperaturveränderung von 5 Grad Celsius
als Schwellenwert vorgegeben werden. Es können jedoch niedrigere oder
höhere
Schwellenwerte festgelegt werden. Der genaue Schwellenwert ist im
Allgemeinen ein Kompromiss zwischen der gewünschten Genauigkeit des Winkelmessgerätes über eine
längere
Zeit und der Benutzerfreundlichkeit, da eine Neukalibrierung des
Nivellierungswinkels eine kurze Unterbrechung des normalen Betriebs
des Winkelmessgerätes
erfordert.
-
Wird
in der Funktion 802 ”JA” gewählt, was bedeutet
das die Temperaturveränderung
den vorgegebenen Schwellenwert überschritten
hat, wird eine Neukalibrierung des Nullwinkels in der Funktion 803 verlangt,
z. B. durch die Zentraleinheit 150 oder 350. Die
Neukalibrierung des Nullwinkels folgt im Allgemeinen den Funktionen
aus 4. Das heißt,
das Winkelmessgerät
schaltet auf Neukalibrierung um. Wie zuvor bereits erwähnt, wird
in diesem Modus der Laserstrahl oder die Laserebene mithilfe des
Nivelliersensors auf einen Neigungswinkel eingestellt. Ist die flache
Position oder der Null-Winkel
erreicht, so erhält
man den Ausgabewert des Winkelsensors in dieser Postion als neuen
Referenzpunkt für
die anschließende
Festlegung der Neigungswinkel.
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Danach
wird der Laserstrahl oder die Laserebene in die Position zurückgefahren,
in der er vor der Neukalibrierung war. Das heißt, es wird ein gewünschter
Ausgabewert des Winkelsensors ermittelt, der auf dem zuvor gewünschten
Neigungswinkel der Lasereinheit und dem Ausgabewert im Nivellierungswinkel
basiert. Dabei wird der Neigungswinkel des Laserstrahls mit der
mechanischen Einheit so eingestellt, dass der Winkelsensor den gewünschten
Ausgabewert ermittelt. Danach wird wieder vom Kalibriermodus in
den normalen Funktionsmodus umgeschaltet.
-
Im
Folgenden wird eine weitere Ausgestaltung der Erfindung im Zusammenhang
mit der 9 beschrieben. 9 zeigt
die Funktionen zur Neukalibrierung des Nivellierungswinkels nach
Erfassung einer Positionsänderung.
-
Ähnlich wie
in der Ausgestaltung der 8 können nicht nur Temperaturschwankungen
die Genauigkeit des Gerätes
beeinträchtigen,
sondern auch die Positionsänderungen
des Winkelmessgerätes,
z. B. wenn das Winkelmessgerät
auf einem nicht feststehenden Untergrund aufgestellt ist. Obwohl
der Winkelsensor eingesetzt werden kann, um einen bestimmten Neigungswinkel
bei Veränderung
der Position des Winkelmessgerätes
beizubehalten, so z. B. bei Überschreitung
des Grenzwertes durch Neukalibrierung der Laserebene mithilfe der
mechanischen Einheit, d. h. wenn zum Beispiel das Winkelanzeigegerät auf einem
nicht festen Boden aufgestellt ist, können die mechanischen Grenzen
erreicht sein und ein falscher Neigungswinkel angezeigt werden oder die
Genauigkeit des Neigungswinkels verloren gehen.
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Überschreitet
die Positionsveränderung
einen bestimmten Grenzwert, wird daher eine Warnung ausgelöst, die
den Benutzer auf diese Überschreitung
aufmerksam macht.
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In
der Funktion 901 ermittelt ein Positionssensor die Position
des Winkelmessgerätes.
Ein Positionssensor kann zum Beispiel ein Positionsabtastteil mit
GPS oder jeder anderen Technik sein. In einem weiteren Beispiel
ist ein Positionssensor mit einer Einheit zur Überwachung der Neukalibrierung
der Laserebene oder des Laserstrahls während des Betriebs des Winkelmessgerätes, wie
oben bereits beschrieben ausgestattet, um kleinere Positionsänderungen
zu kompensieren.
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Eine
solche Einheit könnte
z. B. die Impulse eines Schrittmotors der mechanischen Einheit während der
Einstellung der Ausrichtung der Lasereinheit zählen um damit ein Maß für die Positionsveränderung
des Gerätes
während
des Betriebs zu ermitteln.
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In
der Funktion 902 wird dann festgelegt, ob eine Positionsveränderung
einen bestimmten Grenzwert überschreitet.
Dieser Grenzwert kann beliebig eingestellt werden, immer mit einem
Kompromiss zwischen der Genauigkeit der Anzeige und der Benutzerfreundlichkeit.
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So
werden zum Beispiel die Impulse des Schrittmotors nach der ersten
Einstellung und Winkeleinstellung gezählt. Überschreitet die Impulszahl
des Schrittmotors einen bestimmten Grenzwert, wird eine Warnung
ausgelöst.
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Wir
weisen darauf hin, dass während
des normalen Betriebs eine gewisse Neukalibrierung des Laserstrahls
oder der Laserebene zu erwarten ist, so können z. B. aufgrund der Windstärke oder
anderer Wetterverhältnisse
Neukalibrierungen der mechanischen Einheit erforderlich werden,
um für
den Winkelsensor einen bestimmten Ausgabewert beibehalten zu können.
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Sollte
jedoch die Zahl der Impulse des Schrittmotors bzw. die gleiche Richtung
einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten,
so hat bekanntermaßen
eine unakzeptable Positionsveränderung stattgefunden.
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Hat
analog dazu das Positionsanzeigegerät, so zum Beispiel ein GPS-Sensor
oder Ähnliches
eine Positionsveränderung
wahrgenommen, die einen bestimmten Grenzwert überschreitet, so hat bekannterweise
eine inakzeptabel Positionsänderung
stattgefunden.
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Ist
in der Funktion 902 die Entscheidung ”JA”, was eine Überschreitung
eines Grenzwertes der Positionsveränderung bedeutet, wird eine
Warnung ausgelöst.
Die Warnung können
eine oder mehrere Warnmeldungen auf dem Gerät, eine akustische Meldung,
die Versendung einer Meldung an einen Benutzer über kabellose Verbindung sein
oder das Gerät
könnte
ausgeschaltet sein.
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Nachfolgend
wird eine weitere Ausgestaltung der Erfindung im Zusammenhang mit 10 beschrieben.
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10 zeigt
Elemente eines Winkelmessgeräts
aus einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
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10 zeigt
im Allgemeinen bei 1000 ein Winkelmessgerät. Das Winkelmessgerät besteht
aus einem Gehäuse 1001 analog
zu 1 und 3, einer Lasereinheit 1010,
einem Neigungswinkelsensor 1020, einem Höhensensor 1030,
einer mechanischen Einheit 1040 und einer Zentraleinheit 1050. Der
Winkelsensor ist formschlüssig
an die Lasereinheit oder an den Winkelsensor angeschlossen, und ist
drehbar am Gehäuse
montiert und ist mithilfe der mechanischen Einheit 1040 um
den Drehpunkt 1004 drehbar.
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Im
Beispiel der 10 besitzt die mechanische Einheit 1040 ein
Antriebsteil 1041, zum Beispiel eine Antriebsachse mit
einer Spindel 1006, die auf der Lasereinheit 1010,
dem Winkelsensor und dem Nivelliersensor montiert ist. Dementsprechend
bewegt sich die Spindel 1006, wie mit den Pfeilen 1007 dargestellt,
mit der Drehung der Antriebsachse 1041, in Abhängigkeit
von der Rotationsrichtung der Antriebsachse 1041. Dies
führt zu
einer Rotation der Lasereinheit, des Neigungswinkelsensors und des
Höhensensors
um den Rotationspunkt 1004 und damit zu einer Neigung des
Laserstrahls oder der Laserebene 1060.
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Zum
mechanischen Schutz der Lasereinheit und anderer Bauteile des Winkelmessgerätes, die
in der Vermessungstechnik unter einer Vielzahl von Bedingungen eingesetzt
werden, verfügt
das Gehäuse auf
seinem oberen Teil über
eine transparente, wenn möglich
wasserdichte Kuppelkonstruktion 1002, 1003, in
der sich die Lasereinheit drehen kann und durch die der Laserstrahl
gesendet wird. So besteht die Kuppelkonstruktion zum Beispiel aus
vier aufrecht stehenden Scheiben aus optisch hochwertigem Glas,
die an den Seitenkanten in Form eines Vierkant-Querschnitts zusammengefügt sind.
Die Glasscheiben sind mit 1002 bezeichnet. Die Unterkanten der
Scheiben sind in ringförmigen
Kerben auf dem oberen Teil des Gehäuses 1001 eingesetzt.
Die Oberkanten der Scheiben sind in Kerben auf dem oberen Gehäuseteil 1003 der
Kuppel eingesetzt. Um den Spezifikationen zu genügen, ist die Kuppelkonstruktion
so dimensioniert, dass der Laserstrahl oder die Laserebene in einem
möglichst
maximalen Neigungswinkel gesendet werden können.
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Handelsübliche Ständer 1005,
wie z. B. ein Dreibein eignen sich bekanntlicherweise zur sicheren Aufstellung
des Gehäuses 1001.
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Während oben
erwähnte
Ausgestaltungen mit Verweisen auf Abbildungen beschrieben werden, weisen
wir ausdrücklich
darauf hin, dass alle möglichen
Kombinationen dieser Ausgestaltungen oder Bauteile möglich und
in der oben genanten Spezifikation enthalten sind.
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Außerdem kann
ein Programm zur Datenverarbeitung, so zum Beispiel die Zentraleinheit
zur Ausführung
der oben beschriebenen Ausgestaltungen zur Verfügung gestellt werden.
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Ein
von einem Computer lesbares Medium mit Programm kann erstellt werden.
Es kann ein Computerprogramm mit einem computerlesbaren Medium zur
Verfügung
gestellt werden.
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Das
Winkelmessgerät
der oben genannten Ausgestaltungen kann in ein Optisches Instrument integriert
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
Anwendung betrifft die Messung von Neigungswinkeln mithilfe eines
Laserstrahls, zum Beispiel bei Bauarbeiten. Eine Lasereinheit sendet
einen Laserstrahl in einem Neigungswinkel in die gewünschte Richtung.
Das Gerät
verfügt über einen
Nivelliersensor, um den Neigungswinkel des Geräts zu justieren und einen Winkelsensor,
um den Neigungswinkel auf der Grundlage des Neigungswinkels des Nivelliersensors
zu bestimmen.