DE19723654C2 - Elektronisches Nivelliergerät und Nivellierlatte zur Verwendung bei dem Nivelliergerät - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Nivelliergerät, um automatisch eine Höhe zu ermitteln, und eine Nivellierlatte (oder Stange), die zusammen mit dem Nivellierge­ rät verwendet wird.

Aus den Druckschriften US-A-5,537,200 und US-A-5,537,201 ist jeweils ein elektronisches Nivelliergerät mit einer Nivellierlatte bekannt. Diese bekannten elektronischen Nivelliergeräte weisen dabei die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 5 auf.

Als ein eingangs genannter Typ eines elektronischen Nivellierge­ räts und einer Nivellierlatte ist beispielsweise durch die ja­ panische veröffentlichte geprüfte Patentanmeldung Nr. 18042/1993 oder die japanische veröffentlichte ungeprüfte Pa­ tentanmeldung Nr. 4959/1995 eine Nivellierlatte zur Verwendung bei einem elektronischen Nivelliergerät bekannt, die mehrere Balkenmarkierungen hat (d. h., Markierungen in Form von Balken), die parallel in einer Längsrichtung der Nivellierlatte angeord­ net sind. Bei diesem Nivelliergerät werden Balkenmarkierungen, deren Teilungen zwischen entsprechenden benachbarten Balkenmar­ kierungen passend zueinander geändert werden, durch das Nivel­ liergerät kollimiert. Eine Schwingungsform, die aus einem Ma­ trixmuster der Balkenmarkierungen in der Kollimatorposition er­ halten wird, wird im elektronischer. Nivelliergerät mit einer Schwingungsform verglichen, die vorher im elektronischen Nivel­ liergerät gespeichert ist. Aus einer Position, in welcher die Schwingungsformen miteinander übereinstimmen, wird die Höhe der Kollimatorposition erhalten.

Die Schwingungsform, die aus dem Matrixmuster der Bal­ kenmarkierungen erhalten wird, die auf der Nivellierlatte ange­ bracht sind, variiert bezüglich ihrer Größe mit dem Abstand zwischen der Nivellierlatte und dem elektronischen Nivellierge­ rät, oder der Verstärkung des elektronischen Nivelliergeräts. Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen elektronischen Nivel­ liergerät und der Nivellierlatte wird die Kollimatorposition aus der Übereinstimmung der Schwingungsform erhalten, die vom Matrixmuster der Balkenmarkierungen erhalten wird, mit der Schwingungsform, die vorher im elektronischen Nivelliergerät gespeichert ist. Das heißt, daß, bevor der Vergleich der Schwingungsformen miteinander durchgeführt wird, diese auf eine bestimmte Größe korrigiert werden müssen. Um jedoch diese Art von Korrektur durchzuführen, muß der Abstand zwischen der Ni­ vellierlatte und dem elektronischen Nivelliergerät ermittelt werden, was den Nachteil mit sich bringt, daß eine längere Zeit erforderlich ist, die Berechnung für die Korrektur durchzufüh­ ren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den oben be­ schriebenen Nachteil zu beseitigen.

Um die obigen und weiteren Aufgaben zu lösen, wird ge­ mäß einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung eine Nivel­ lierlatte für ein elektronisches Nivelliergerät bereitgestellt, wobei die Nivellierlatte mehrere Balkenmarkierungen eines er­ sten Satzes hat, die in einer Längsrichtung parallel zueinander angeordnet sind. Die Nivellierlatte ist dadurch gekennzeichnet, daß
Breitenabmessungen in der Längsrichtung der mehreren Balkenmarkierungen miteinander identisch sind;
Verhältnisse von Teilungen von entsprechend benachbar­ ten Balkenmarkierungen durch mehrere ganze Zahlen dargestellt werden; und
eine Vertauschung der Werte, welche laufend in einer vorgegebenen Anzahl aus einer Zahlenfolge der Verhältnisse der entsprechenden Teilungen ausgewählt werden, von jeder Vertau­ schung verschieden ist, die aus irgendeiner Position der Zah­ lenfolge gewählt ist.

Die Teilungen können ganzzahlige Vielfache der Breiten­ abmessung der Balkenmarkierungen sein, und die ganze Zahl be­ trägt 2 oder mehr. Ein zweiter Satz von Balkenmarkierungen für eine Hilfs-Nivellierlatte kann zusammen mit den ersten Satz von Balkenmarkierungen vorgesehen sein, so daß eine jede der Bal­ kenmarkierungen des zweiten Satzes eine passende Breitenabmes­ sung hat, die kleiner ist als die Breite einer jeden der ersten Satzes von Balkenmarkierungen.

Gemäß einem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein elektronisches Nivelliergerät zum Messen durch Kolli­ mierung dieser Nivellierlatte für das elektronische Nivellier­ gerät bereitgestellt, welches beim ersten Merkmal der vorlie­ genden Erfindung beschrieben wurde. Das elektronische Nivel­ liergerät besitzt: einen Berechnungsbereich zum Ermitteln, auf der Basis eines ermittelten Signals aus dem Musterermittlungsbereich, mit welchem Teil einer Nummernfolge im Speicherbereich eine Vertau­ schung der Verhältnisse der Teilungen von entsprechend benach­ barten Balkenmarkierungen übereinstimmt, um dadurch eine Kolli­ matorposition aus dem Teil der Übereinstimmung zu erhalten.

Die obigen und weiteren Aufgaben und die damit in Ver­ bindung stehenden Vorteile der vorliegenden Erfindung werden schnell aus der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlich, wenn diese in Verbindung mit den Zeichnungen betrachtet wird, wobei:

Fig. 1 einen Verwendungszustand einer Nivellierlatte gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Blockdarstellung ist, die den inneren Auf­ bau eines elektronischen Nivelliergeräts zeigt;

Fig. 3 ein Flußdiagramm ist, welches den Inhalt der Be­ rechnungsprozesse innerhalb des elektronischen Nivelliergeräts zeigt;

Fig. 4 eine graphische Darstellung ist, um den Aufbau der Nivellierlatte und des Bildsignals zu erklären;

Fig. 5 eine graphische Darstellung ist, die eine andere Ausführungsform der Nivellierlatte zeigt;

Fig. 6 eine graphische Darstellung ist, um die Codes einer Hilfs-Nivellierlatte zu erklären; und

Fig. 7 eine graphische Darstellung ist, die eine Nivel­ lierlatte zeigt, bei der Balkenmarkierungen für die Hilfs-Ni­ vellierlatte hinzugefügt sind.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Nivel­ lierstange oder Nivellierlatte. Es wird durch ein elektroni­ sches Nivelliergerät 2 kollimiert, um die Höhe h der kollimier­ ten Position zu messen. Die Nivelierlatte ist auf ihrer schwarzen Basisfläche durch mehrere Balkenmarkierungen 11 (farblich in weiß) bei Teilungen markiert, wie unten beschrie­ ben wird.

Nach Fig. 2 und 3 ist das elektronische Nivelliergerät 2 im Inneren mit einem optischen System 21 und einem Mechanis­ mus zur automatischen Kompensation einer Neigung (Kompensator) 22 versehen. Ein optisch empfangenes Bild der Nivellierlatte 1 wird durch einen Strahlenteiler auf einen Zeilensensor 24 auf­ geteilt. Das Bild, damit es durch den Strahlenteiler 23 läuft, besitzt ein optisches Kollimatorsystem, und das Bild, welches in den Zeilensensor 24 aufgeteilt wird, bildet ein optisches Bildsystem. Das optische Kollimatorsystem besteht aus dem oben beschriebenen optischen System 21, dem automatischen Neigungs­ kompensationsmechanismus 22, dem Strahlenteiler 23, einer Fo­ kussierungsplatte 20a und einem Okular 20b. Das optische Bild­ system besteht aus dem optischen System 21, dem automatischen Neigungskompensationsmechanismus 22, dem Strahlenteiler 23 und dem Zeilensensor 24. Der Zeilensensor 24 setzt das optisch emp­ fangene Bild der Nivellierlatte 1 in ein elektrisches Signal um und gibt dieses an einen Verstärker 25 (S1) aus. Das durch den Verstärker 25 verstärkte Signal wird zu einer Abtast-Halte- Schaltung (S/H) in einer Weise gesandt, wo es mit einem Taktsi­ gnal einer Taktansteuerung 26 synchronisiert ist. Das Signal, welches in der Abtast-Halte-Schaltung gehalten wird, wird in ein Digitalsignal (A/D) (S2) umgesetzt. Das Signal, welches in das Digitalsignal umgesetzt wurde, wird in einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 28 (S3) gespeichert. Ein Mikrocomputer 3 ermittelt die Position des Bildes einer jeden Markierung 11 auf der Basis eines Signals, welches im RAM 28 (S4) gespeichert ist, und die Abstände zwischen entsprechend benachbarten Bal­ kenmarkierungen 11 werden aus den Mittenabständen der entspre­ chenden Balkenmarkierungen 11 (S5) erhalten. Eine Ansteuer­ schaltung 29 ist eine Schaltung, um den Betrieb des Zeilensen­ sors 24 zu steuern. Da die optische Achse des optischen Kolli­ matorsystems und die optische Achse des optischen Bildsystems so eingerichtet sind, daß sie miteinander übereinstimmen, stimmt der Kollimatorpunkt auf der Nivellierlatte 1 und der Kollimatorpunkt beim optischen Bildsystem miteinander überein.

Der Sinn der oben beschriebenen Schritte S4 und S5 wird nun ausführlicher mit Hilfe von Fig. 4 erklärt. Die Nivellier­ latte 1 ist auf ihrer schwarzen Grundfläche mit weißen Balken­ markierungen 11 versehen, wie oben beschrieben wurde. Die Breite einer jeden Balkenmarkierung 11 ist auf die gleiche Ab­ messung D vereinheitlicht. Der Abstand zwischen jedem Satz von benachbarten Balkenmarkierungen 11 ist so festgelegt, daß die­ ser ein ganzzahliges Vielfaches einer Dimensionierungseinheit PI ist. Eine Vertauschung, bei der N Stücke von ganzen Zahlen fortlaufend aus einer Nummernfolge gewählt werden, die aus M Arten von ganzen Zahlen besteht, wird in Arten erhältlich sein, die der N-ten Potenz von M entspricht. Bei dieser Ausführungs­ form werden die Abstände zwischen den entsprechend benachbarten Markierungen 11 so ausgewählt, daß diese drei Arten von ganz­ zahligen Vielfachen sind, die aus dem zweifachen (2PI), dreifa­ chen (3PI) und vierfachen (4PI) von PI bestehen. Die Abstände zwischen den entsprechend benachbarten Balkenmarkierungen 11 sind so festgelegt, daß eine Vertauschung der Werte, die lau­ fend zu drei gewählt sind, aus der Nummernfolge, die aus diesen drei Arten von ganzen Zahlen besteht, mit einer Vertauschung variiert, die aus irgendeiner Position der Nummernfolge gewählt wird. Anders ausgedrückt ist beim Nivellierstab 1, wie in Fig. 4 gezeigt ist, die Nummernfolge der Abstandsverhältnisse der Balkenmarkierungen 11 so

. . 3, 4, 2, 4, 2, 3, 3, 3, 4, 3, 3, 2, 2, (1)

Unter den Ausgangssignalen des Zeilensensors 24, die im unteren Teil von Fig. 4 gezeigt sind, wird die Position X, die der Balkenmarkierung in der Kollimatorposition entspricht, er­ halten, und außerdem werden die Spitzenabstände A1, A2 und A3 der Signale laufend von X erhalten. Dann werden, wie im Schritt S6 in Fig. 3 gezeigt ist, die Spitzenabstände A1, A2 und A3 nu­ merisch ausgedrückt. Das Verhältnis von A1, A2 und A3 wird zu 1 : 2 : 1, jedoch kann auf der Basis von W, die der Breite der Bal­ kenmarkierung 11 entspricht, die Vertauschung [2, 4, 2], die den Abständen der Balkenmarkierungen entspricht, erhalten wer­ den. Auf der anderen Seite ist in einem ROM (Nur-Lesespeicher) in Form einer Tabelle eine Nummernfolge von Verhältnissen der Abstände zwischen entsprechend benachbarten Balkenmarkierungen auf der Nivellierlatte 1 gespeichert (gleich der oben beschrie­ benen Folge der Nummern (1)). Durch Aufrufen der Tabelle (S7) erfährt man, mit welcher Position der Tabelle die Vertauschung [2, 4, 2] übereinstimmt. Eine Absolutposition der oben be­ schriebenen X wird aus der Übereinstimmungsposition (S8) be­ rechnet. Dessen Ergebnis wird auf einer Anzeige (S9) angezeigt.

Die Verhältnisse der Abstände der Balkenmarkierungen 11 werden so verwendet, wie diese bei der oben beschriebenen Aus­ führungsform sind. Andererseits kann die folgende Ausführungs­ form ebenfalls verwendet werden. Die Breite D einer jede Bal­ kenmarkierung 11 wird so gewählt, daß sie mit P1 übereinstimmt, und, wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Nivellierlatte 1 durch eine Einheit P1 partioniert oder unterteilt. Die weißen Balken­ markierungsbereiche werden als 1 definiert und der schwarze Ba­ sisflächenbereich wird als 0 definiert. Dann können die Balken­ markierungsabstände in einem Binärsystem dargestellt werden. Um diese im Binärsystem darzustellen müssen diese in binäre Zahlen umgesetzt werden (d. h., zwei Symbole). Daraus folgt, daß die Berechnungsverarbeitung der Vertauschung von fortlaufend ge­ wählten drei Abständen wie auch der Tabelle im Mikrocomputer 3 einfach wird.

Die oben beschriebene Nivellierlatte 1 und das elektro­ nische Nivelliergerät werden relativ weit voneinander entfernt aufgestellt. Es gibt keine Schwierigkeit in dem Fall, wo die Bilder einer relativ großen Anzahl von Balkenmarkierungen 11 in den Zeilensensor 24 gelangen. In dem Fall jedoch, wo der Ab­ stand zwischen den beiden zu eng wird, kann, um im Zeilensensor 24 die erforderliche Anzahl von Balkenmarkierungen 11 zu si­ chern, die Messung nicht mehr durchgeführt werden. Daher wird die Anordnung so gemacht wie in Fig. 6 gezeigt ist. Die Codes von 1 bis 5 werden vorher so festgelegt, daß eine innere Tei­ lung von 4 : 12 als 1 festgelegt wird, usw., bis eine innere Teilung von 12 : 4 als 5 festgelegt wird, vorausgesetzt, daß P1 gleich 16 mm ist. Auf der anderen Seite ist, wie in Fig. 7 ge­ zeigt ist, die Nivellierlatte 1 durch eine Einheit PI in der gleichen Weise wie in Fig. 5 partioniert oder unterteilt. Die schwarze Basisfläche, die durch P1 unterteilt ist, ist mit wei­ ßen langgestreckten Balkenmarkierungen 12 versehen, die für eine Hilfs-Nivellierlatte vorgesehen sind. Die weißen Balken­ markierungen 12 sind an den Positionen hinzugefügt, die den Codes entsprechen, die in der oben beschriebenen Fig. 6 gezeigt sind. Außerdem sind in der Mitte der weißen Balkenmarkierungen 11 schwarze Balkenmarkierungen 13 hinzugefügt, so daß der Code 0 an dem Bereich einer jeden weißen Balkenmarkierung 11 darge­ stellt werden kann. Anders ausgedrückt kann eine Folge von Zah­ len für die Hilfs-Nivellierlatte gebildet werden, wobei sechs Codearten verwendet werden, die aus dem Code 1 bis 5 bestehen, wie in Fig. 6 gezeigt ist, wie auch aus einem Code 0. Wenn drei Nummern laufend aus dieser Nummernfolge in der gleichen Weise wie bei der obigen Ausführungsform gewählt werden, um dadurch eine Absolutposition der Kollimatorposition zu erhalten, kann die Kollimatorposition in 205 Vertauschungsarten dargestellt werden, die erhalten werden, nachdem 11 Arten von Vertauschun­ gen, in welchen der Code 0 laufend dargestellt ist, aus 216 Vertauschungsarten subtrahiert werden, die der dritten Potenz von 6 entsprechen. Die Balkenmarkierungen 12, 13 auf der Hilfs- Nivellierlatte oder dgl. werden so gewählt, daß diese eine kleinere Breite haben als die Balkenmarkierungen 11. Daher wer­ den in dem Fall, wo die Nivellierlatte 1 und das Nivelliergerät 2 voneinander entfernt sind, die Balkenmarkierungen 12, 13 nicht durch den Zeilensensor 24 erkannt. Daraus folgt, daß die Balkenmarkierungen 12, 13 kein Hindernis gegenüber den Ausfüh­ rungsformen sind, die in Fig. 4 oder 5 gezeigt sind.

Wie man aus den obigen Erklärungen sieht, da die Abso­ lutposition der Kollimatorposition durch die Verhältnisse der Abstände zwischen den entsprechend benachbarten Balkenmarkie­ rungen, die an der Nivellierlatte befestigt sind, erhalten wird, ist diese nicht dem Einfluß der Verstärkung des elektro­ nischen Nivelliergeräts und dem Abstand zwischen der Nivellier­ latte und dem elektronischen Nivelliergerät unterworfen. Daher besteht nicht die Notwendigkeit einer Korrektur in Abhängigkeit vom Abstand zwischen der Nivellierlatte und dem Nivelliergerät.

Man sieht, daß die oben beschriebene Nivellierlatte für ein elektronisches Nivelliergerät wie auch ein elektroni­ sches Nivelliergerät alle Aufgaben, die oben angegeben sind, lösen, und außerdem den Vorteil haben, eine breite kommerzielle Anwendung zu finden. Es sei hier verstanden, daß die spezielle Form der oben beschriebenen Erfindung dazu da ist, lediglich repräsentativ zu sein, da bestimmte Modifikationen innerhalb des Rahmens dieser Lehre schnell für den Fachmann deutlich wer­ den.

Somit wird auf die folgenden Ansprüche hingewiesen, die den vollen Rahmen der Erfindung bestimmen.

Claims (5)

1. Nivellierlatte (1) für ein elektronisches Nivellier­ gerät (2), wobei die Nivellierlatte mehrere Balkenmarkierungen (11) eines ersten Satzes hat, die in einer Längsrichtung von ihr parallel zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß
Breitenabmessungen in der Längsrichtung der mehreren Balkenmarkierungen (11) miteinander identisch sind;
Verhältnisse von Teilungen von entsprechend benachbar­ ten Balkenmarkierungen durch mehrere ganze Zahlen dargestellt werden; und
eine Vertauschung der Werte, welche laufend in einer vorgegebenen Anzahl aus einer Zahlenfolge der Verhältnisse der entsprechenden Teilungen ausgewählt werden, von jeder Vertau­ schung verschieden ist, die aus irgendeiner Position der Zah­ lenfolge gewählt ist.

2. Nivellierlatte für ein elektronisches Nivelliergerät nach Anspruch 1, wobei die Teilungen ganzzahlige Vielfache der Breitenabmessung der Balkenmarkierungen sind und wobei die ganze Zahl gleich 2 oder mehr ist.

3. Nivellierlatte für ein elektronisches Nivelliergerät nach Anspruch 1, wobei ein zweiter Satz von Balkenmarkierungen für eine Hilfs-Nivellierlatte zusammen mit dem ersten Satz von Balkenmarkierungen vorgesehen ist, wobei eine jede des zweiten Satzes von Balkenmarkierungen eine passende Breitenabmessung hat, die kleiner ist als die Breite einer jeden des ersten Sat­ zes von Balkenmarkierungen.

4. Nivellierlatte für ein elektronisches Nivelliergerät nach Anspruch 2, wobei ein zweiter Satz von Balkenmarkierungen für eine Hilfs-Nivellierlatte zusammen mit dem ersten Satz von Balkenmarkierungen vorgesehen ist, wobei eine jede des zweiten Satzes von Balkenmarkierungen eine passende Breitenabmessung hat, die kleiner ist als die Breite einer jeden des ersten Sat­ zes der Balkenmarkierungen.

5. Elektronisches Nivelliergerät zum Messen durch Kol­ limierung einer Nivellierlatte für ein elektronisches Nivel­ liergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das elektro­ nische Nivelliergerät aufweist:
einen Musterermittlungsbereich zur Ermittlung eines Ma­ trixmusters der Balkenmarkierungen auf der Nivellierlatte;
einen Speicher zum vorherigen Speichern der Zahlen­ folge;
gekennzeichnet durch
einen Berechnungsbereich zum Ermitteln, auf der Basis eines ermittelten Signals aus dem Musterermittlungsbereich, mit welchem Teil einer Nummernfolge im Speicherbereich eine Vertau­ schung der Verhältnisse der Teilungen von entsprechend benach­ barten Balkenmarkierungen übereinstimmt, um dadurch eine Kolli­ matorposition aus dem Teil der Übereinstimmung zu erhalten.