DE3512708C1

DE3512708C1 - Optoelektronische Messlatte

Info

Publication number: DE3512708C1
Application number: DE3512708A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Nestle & Fischer 7295 Dornstetten; Nestle and Fischer GmbH and Co KG
Current assignee: Nedo & Co Kg 72280 Dornstetten De GmbH
Priority date: 1985-04-09
Filing date: 1985-04-09
Publication date: 1991-04-18
Anticipated expiration: 2005-04-10
Also published as: FR2580068A1; FR2580068B1; US4730920A; JPS6230911A

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Meßlatte gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs. Die Meßlatte ist für ein Vermessungssystem mit rotierendem Laserstrahl vorgesehen. Die Meßlatte wird im Abstand vom rotierenden Laser aufgestellt, so daß der Laserstrahl periodisch auf der Meßlatte auftrifft.

Es wurden bereits Versuche mit Meßlatten durchgeführt, die an einer ihrer Seiten eine Vielzahl von Fotozellen hatten, die über ein analoges Netzwerk mit einer Anzeigevorrichtung verbunden waren. Die Toleranzen der Bauelemente, insbesondere der verwendeten Meßwiderstände, brachten so beträchtliche Nachteile mit sich, daß derartige Lösungen nicht praktikabel waren. In der DE-OS 33 21 990 wird schließlich ein laseroptisches Vermessungssystem vorgeschlagen, bei dem ein Laserstrahl in einer horizontalen Ebene umläuft und auf eine mit einer reflektierenden Codierung versehenen Meßlatte auftrifft. Das codierte, reflektierte Lichtsignal wird Fotodetektoren zugeleitet, die eine elektronische Auswertung ermöglichen sollen. Dieses bekannte Nivelliersystem ist im Aufbau sehr kompliziert und erfordert außer für den Laserstrahl auch für die Fotodetektoren eine hochgenaue Justierung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Meßlatte für ein Vermessungssystem mit rotierendem Laserstrahl zu schaffen, die verhältnismäßig einfach im Aufbau ist und eine ausreichende Auflösung besitzt.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale erhalten. Auf einer Seite der Meßlatte wird wenigstens eine senkrechte Reihe von optoelektronischen Elementen, vorzugsweise lichtemittierende Dioden, angebracht, die gemeinsam

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oder abschnittsweise zu einer Matrix geschaltet sind. Jeweils zwei benachbarte optoelektronische Elemente bilden einen Matrixknoten. Als optoelektronische Elemente können beispielsweise paarweise lichtemittierende Dioden mit einem vertikalen Mittelpunktsabstand von 5 mm angeordnet werden, so daß die Auflösung für eine derart ausgebildete Meßlatte 5 mm beträgt, was in der Praxis für Vermessungen auf Baustellen durchaus ausreichend ist. Durch eine dichtere Anordnung der lichtemittierenden Dioden kann natürlich auch eine höhere Auflösung erreicht werden. Vom Laserstrahl werden jeweils zwei benachbarte optoelektronische Elemente erfaßt, wodurch ein Zeilen- und ein Spaltensignal erzeugt werden, die einen bestimmten Matrixknoten und damit eine bestimmte Höhenangabe kennzeichnen. Die Spalten- und Zeilensignale werden in einer Auswerfeinrichtung ausgewertet und der jeweils gemessene Höhenwert oder ein Höhenunterschied wird mittels einer Anzeigeeinrichtung vorzugsweise digital angezeigt. Die Auswertung erfolgt direkt in der Meßlatte, weshalb Übertragungsfehler zu entfernten Fotoelementen ausgeschlossen werden. Die optoelektronischen Elemente können abschnittsweise auf unterschiedlichen Leiterplatten angeordnet sein, die jeweils für sich eine Matrixanordnung bilden. Ein solcher modularer Aufbau gestattet es, daß Meßlatten unterschiedlicher Länge auf einfachste Weise mit einer entsprechenden Anzahl von Leiterplatten mit optoelektronischen Elementen bestückt werden können. Die Leiterplatten besitzen zu diesem Zweck Steckverbindungen, die ein einfaches Zusammenstecken erlauben.

Die Datenleitungen für die Zeilensignale beziehungsweise Spaltensignale mehrerer Leiterplatten sind vorzugsweise parallel geschaltet und es wird zusätzlich jeweils von der Leiterplatte, deren optoelektronische Elemente vom Laserstrahl erfaßt werden, ein Signal abgegeben, welches die Leiterplatte kennzeichnet. Auf diese Weise erhält man einen einfachen elektrischen Aufbau für die gesamte Anordnung. Die matrixförmige Schaltungsanordnung für die optoelektronischen Elemente hat den Vorteil, daß ein geringer Schaltungsaufwand für eine hinreichend exakte Höhenmessung ausreicht. Die Meßlatte kann auch mit einem Mikroprozessor versehen sein, der eine universelle Auswertung mehrerer Meßwerte gegebenenfalls auf Abruf ermöglicht.

Die Verwendung von lichtemittierenden Dioden als optoelektronische Elemente stellt eine kostengünstige Lösung dar. Außerdem können die lichtemittierenden Dioden so ausgesucht sein, daß ihre spektrale Lichtempfindlichkeit an das vom Laser ausgesandte Licht angepaßt ist.

Störende Lichteinflüsse durch das Sonnenlicht oder durch andere Lichtquellen können auf diese Weise stark reduziert werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die lichtemittierenden Dioden mit einer an sich bekannten lamellenartigen lichtdurchlässigen Folie zu überdecken, deren Lamellen den Lichteinfallswinkel begrenzen. Zur Ausfilterung einer Grundhelligkeit können die für die Zeilen und Spalten der Matrixanordnung verwendeten Verstärkerelemente mit elektrischen Filtereinrichtungen versehen sein, die nur für kurzzeitige Spannungsänderungen durchlässig sind.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Meßlatte unten mittels eines starren oder ausziehbaren Beines verlängerbar ist, und daß ein die jeweilige Länge des Beines kennzeichnendes Signal der Auswerteeinrichtung zugeführt und die Messung entsprechend korrigiert wird. Die Länge des Beines ist vorzugsweise gleich der Länge eines Abschnitts von optoelektronischen Elementen, die auf einer Leiterplatte Platz finden, oder ein ganzzahliges Vielfaches dieser Länge. Dies hai den Vorteil, daß bei Verwendung einer derartigen Verlängerung durch ein starres oder ausziehbares Bein lediglich ein zusätzliches Signal erzeugt werden muß, welches die Länge des jeweils verwendeten Beines kennzeichnet. Dieses zusätzliche Signal kann in entsprechender Weise wie die die verschiedenen Leiterplatten kennzeichnenden Signale verarbeitet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild für die elektrische Schaltung der erfindungsgemäßen Meßlatte,

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel für eine Anzeigensteuerung,

F i g. 3 die prinzipielle Anordnung der verschiedenen optoelektronischen Elemente einer Matrix,

F i g. 4 das elektrische Schaltbild für eine Zeilen- oder Spaltenschaltung und
Fig.5 die vereinfachte Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Meßlatte.

Das in F i g. 1 dargestellte Blockschaltbild besteht aus einer matrixförmigen Anordnung Λ/νοη optoelektronischen Elementen, deren Spaltensignale Sund Zeilensignale Zuber eine Auswahlschaltung 1 einem Speicher 2 zugeführt werden. Der Speicher 2 ist ausgangsseitig mit einem Decoder 3 verbunden, der auch einen Multiplizierer umfassen kann. Das decodierte und gegebenenfalls multiplizierte binäre Meßsignal wird vom Decoder 3 einer Anzeigensteuerung 4 zugeführt, die ausgangsseitig mit einer Anzeigeeinrichtung 5 verbunden ist. Die Anzeigensteuerung ermittelt die Differenz zwischen einem vorhergehenden Meßwert (Rückblick) und einem darauffolgenden Meßwert (Vorblick) oder gibt den jeweils gerade gemessenen Meßwert an die Anzeigeeinrichtung 5 weiter.

Der Anzeigensteuerung 4 werden außerdem weitere Signale Al—An zugeführt, die als Abschnittssignale oder Leiterplattensignale bezeichnet werden können. Diese Signale sind dann erforderlich, wenn die optoelektronischen Elemente abschnittsweise mehrere Matrixanordnungen bilden. So können beispielsweise jeweils 128 optoelektronische Elemente zu einer Matrix M zusammengefaßt werden und auf einer separaten Leiterplatte zweireihig angeordnet sein. Weitere Leiterplatten mit jeweils ebenfalls 128 optoelektronischen Elementen können zu einer langen Reihe zusammengesetzt sein. Werden nun zwei horizontal benachbarte optoelektronische Elemente vom Laserstrahl erfaßt, so gibt die zugehörige Leiterplatte ein entsprechendes Leiterplattensignal beziehungsweise Abschnittssignal ab. Die Datenleitungen für die Spaltensignale und Zeilensignale können dann von allen Leiterplatten parallel verlaufen, so daß dem. Speicher beispielsweise nur 8 Datenleitungen für die Spaltensignale und 8 Datenleitungen für die Zeilensignale zugeführt werden müssen.

Die Auswahlschaltung 1, der Speicher 2, der Decoder 3 und die Anzeigensteuerung 4 bilden eine Auswerteeinrichtung A W, die zentral in der Meßlatte angeordnet ist. Die Auswahlschaltung 1 dient dazu, daß bei einem aufgetretenen Spaltensignal die entsprechende Leitung freigegeben und die anderen Leitungen für Spaltensignale gesperrt werden. Entsprechend wird bei den Leitungen für die Zeilensignale Z verfahren. Dies hat den

Vorteil, daß immer nur ein Spaltensignal S und ein Zeilensignal Z einander zugeordnet werden können. Eine Überlagerung weiterer Spaltensignale oder Zeilensignale und der daraus resultierende Fehler wird dadurch sicher vermieden.

Außerdem gibt die Auswahlschaltung 1 ein Übernahmesignal C nur dann an den Speicher 2 ab, wenn ein Spaltensignal S und ein Zeilensignal Z innerhalb eines bestimmten Zeitraumes anliegen. In den Speicher werden dann diese Signale übernommen und dem Decoder 3 zur Umwandlung in einen entsprechenden digitalen Meßwert zugeleitet.

In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für die Anzeigensteuerung 4 dargestellt, die hier aus einem Pufferverstärker 6, einem weiteren Speicher 7 und einem Subtrahierer 8 besteht. In den Speicher 7 kann beispielsweise ein erster Meßwert (Rückblick) abgespeichert und dem Subtrahierer 8 zugeführt werden, während der Pufferverstärker 6 sperrt. Dieser Zustand wird in der Zeichnung mit dem geöffneten Schalter 9 angedeutet. In diesem Zustand liegt an den oberen Eingängen des Subtrahierers ein dem Wert »0« entsprechendes Signal an, so daß die Differenz zwischen dem Speicherinhalt und dem O-Signal gleich dem Speicherinhalt ist. Die Anzeigeeinrichtung 5 zeigt in diesem Fall den Wert an, der im Speicher 7 abgelegt ist.

Wird dagegen der Pufferverstärker 6 geöffnet, so kann ein zweiter Meßwert (Vorblick) an die oberen Eingänge des Subtrahierers 8 gelangen, so daß die Differenz zwischen dem im Speicher 7 abgespeicherten Wert (Rückblick) und dem aktuellen Meßwert (Vorblick) im Subtrahierer 8 gebildet werden kann. Die Differenz entspricht dem gemessenen Höhenunterschied, der auf diese Weise in der Anzeigeeinrichtung 5 angezeigt werden kann.

F i g. 3 zeigt die prinzipielle Anordnung der zweireihig untereinander befindlichen optoelektronischen Elemente, die hier als lichtemittierende Dioden Di —D 128 vereinfacht in ihrer räumlichen Anordnung dargestellt sind. Die elektrischen Verknüpfungen sind durch Leitungen Zi-ZS, Sp 1—5p8 angegeben. Die zu einer Zeile Z1 gehörenden Dioden D1, D17... D113 sind in deutlichem Abstand voneinander angeordnet. Jeweils zwei benachbarte Dioden, z. B. D17 und D 18, bilden einen Matrixknoten.

Der Laserstrahl ist so breit, daß er wenigstens zwei benachbarte Dioden erfaßt. Werden beispielsweise die Dioden D 3 und D 4 vom Laserstrahl erfaßt, so wird ein Spaltensignal auf der ersten Spalte Sp 1 und ein Zeilensignal auf der zweiten Zeile Zl erzeugt. Diese beiden Signale werden im Decoder 3 in ein binärcodiertes Signal umgewandelt, welches eine entsprechende Höhenangabe charakterisiert. Die außerdem noch auftretenden Abschnittsignale A 1, A 2 bis An geben an, welche Höhe noch hinzuaddiert werden muß.

In Fig.4 ist die Schaltungsanordnung für die erste Zeile Zi angegeben. Die positive Betriebsspannung + Ub wird über einen Widerstand R 1 den parallelgeschalteten Dioden Di, DU bis D 113 und über die Serienschaltung eines weiteren Widerstands R 2 und einer Kapazität C dem negativen Eingang eines !Comparators K zugeführt. Der Ausgang des !Comparators ist über einen weiteren Widerstand R 3 rückgekoppelt. An dessen positivem Eingang liegt eine Referenzspannung Uref an. Der Ausgang des !Comparators K gibt das Zeilensignal Z für die Zeile Z1 ab, wenn eine der Dioden D1, D17 bis D 113 vom Laserstrahl aktiviert wird. Die Anoden dieser Dioden sind gemeinsam mit der negati-

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35 ven Betriebsspannung — Ub verbunden.

In Fig.5 ist der prinzipielle äußere Aufbau einer Meßlatte 10 angegeben. Die Dioden D sind als Punkte teilweise dargestellt und verlaufen über einen Meßbereich der Länge /. Diese Länge kann beispielsweise 3,20 m betragen, so daß 10 Abschnitte a i—a 10 mit einer Länge von jeweils 32 cm erforderlich sind. Jeder dieser Abschnitte a 1—a 10 kann im Abstand von 5 mm insgesamt 128 Dioden oder andere optoelektronische Elemente aufweisen. Am unteren Ende der Meßlatte 10 ist zur Verlängerung ein Bein 11 vorgesehen, welches exakt der Länge eines der Abschnitte al —a 10 entspricht. Eine entsprechende Korrektur der Messung bei Verwendung des Beines 11 gegenüber einer Messung ohne das Bein 11 kann auf einfache Weise elektronisch durchgeführt werden. Das Bein 11 kann zu diesem Zweck am oberen Ende so ausgebildet sein, daß ein Schalter zur Erzeugung eines elektrischen Signals betätigt wird. Dieses Signal wird in der Auswerteeinrichtung A W in der Form ausgewertet, daß bei vorhandenem Signal die Länge des Beines 11 zum Meßergebnis hinzugerechnet wird.

Die Anzeige der Meßergebnisse kann beispielsweise auf der Rückseite der Meßlatte 10 erfolgen und/oder über eine Ausgangsbuchse einem externen Anzeigeoder Auswertungsgerät zugeführt werden.

Es werden zur Umwandlung des an der Meßlatte auftreffenden Laserstrahls in ein elektrisches Signal vorzugsweise sogenannte LEDs (lichtemittierende Dioden) verwendet, die ihren Widerstand bei einfallendem Licht verändern. Auf diese Weise kann mit diesen Dioden eine optoelektrische Umwandlung erfolgen. Es können aber auch andere Photoempfänger verwendet werden. Außerdem ist es möglich, statt einer zweireihigen Anordnung der Dioden, diese verschachtelt in einer Reihe anzuordnen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optoelektronische Meßlatte für ein Vermessungssystem mit rotierendem Laserstrahl, die an einer Seite eine Vielzahl von optoelektronischen Elementen besitzt, die über eine Auswerteeinrichtung mit einer Anzeige in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung der optoelektronischen Elemente (Di, D 2...) wenigstens eine Matrix (M) bildet, daß die optoelektronischen Elemente (Dt, D2...) räumlich dicht beieinanderliegend in wenigstens einer senkrechten Reihe angeordnet sind, daß jeweils zwei unmittelbar benachbarte optoelektronische Elemente (Di, D 2...) einen Matrixknoten bilden, und daß jeweils ein Zeilen- (Z) und ein Spaltensignal (S) zusammen einen bestimmten Knoten der Matrix und somit einen bestimmten Höhenwert kennzeichnen.

2. Meßlatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den in zwei nebeneinander angeordneten Reihen jeweils zwei benachbarte optoelektronische Elemente (DX, D2...) einen Knoten der Matrix bilden.

3. Meßlatte nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen in Abschnitte (at—a 10) gleicher Länge unterteilt sind, und daß die optoelektronischen Elemente jedes Abschnitts bezüglich ihrer elektrischen Schaltung eine Matrix (M) bilden.

4. Meßlatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Abschnitt (a 1, a 2...), auf dessen optoelektronische Elemente der Laserstrahl auftrifft, ein zusätzliches, den Abschnitt kennzeichnendes Signal(Ai,A 2...)abgibt.

5. Meßlatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils entsprechenden Datenleitungen für die Spaltensignale (S) bzw. für die Zeilensignale (Z) sämtlicher Abschnitte rückwirkungsfrei parallel geschaltet sind, während die die Abschnitte kennzeichnenden Signale (A 1, A 2...) auf separaten Datenleitungen der Auswerteeinrichtung (A W) zugeführt werden.

6. Meßlatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronischen Elemente (Di, D2...) einer Matrix (M) jeweils auf einer separaten Leiterplatte angeordnet sind, und daß mehrere Leiterplatten unmittelbar übereinander angeordnet und über Steckverbindungen elektrisch verbunden sind.

7. Meßlatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronischen Elemente lichtemittierende Dioden (Dt—D128) sind, von denen jeweils zwei einen Knoten einer Matrix (M) definieren.

8. Meßlatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (A W) einen Speicher (7) zum Speichern gemessener Höhenwerte und einen Subtrahierer (8) enthält, und daß die Differenz zwischen einem gespeicherten und einem momentanen Meßwert oder der momentane Meßwert angezeigt wird.

9. Meßlatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (AW) einen Rechner enthält, der eine Auswertung mehrerer Meßwerte durchführt und die Ergebnisse an der Anzeigeeinrichtung (5) anzeigt.

10. Meßlatte nach einem der vorhergehenden An-

sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßlatte (10) unten mittels eines starren oder ausziehbaren Beines (11) verlängerbar ist, und daß ein die jeweilige Länge des Beines (11) kennzeichnendes Signal der Auswerteeinrichtung (A W) zugeführt und die Messung entsprechend korrigiert wird.

11. Meßlatte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bein (11) genau die Länge eines einer Matrix (M) zugeordneten Abschnitts (it\; a2... a 10) oder ein ganzzahliges Vielfaches davon hat.

12. Meßlatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier übereinander angeordneter optoelektronischer Elemente (Di, D 3) kleiner als die Breite des Laserstrahls ist.

13. Meßlatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor den optoelektronischen Elementen eine lamellenartige Folie angebracht ist, deren Lamellen den Lichteinfallswinkel begrenzen.

14. Meßlatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den elektrischen Spalten- und Zeilenschaltungen jeweils elektrische Filter zugeordnet sind, die nur für höherfrequente Spannungsänderungen durchlässig sind.

15. Meßlatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spektrale Lichtempfindlichkeit der optoelektronischen Elemente an das vom Laser ausgesandte Lichtspeklrum angepaßt ist.