DE69925688T2

DE69925688T2 - Laservermessungsinstrument

Info

Publication number: DE69925688T2
Application number: DE69925688T
Authority: DE
Inventors: Kaoru Kumagai; Fumio Ohtomo; Masayuki Nishi
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2019-08-28
Also published as: US6473714B1; EP0989387A2; CN1250870A; EP0989387A3; DE69925688D1; EP0989387B1

Description

HINTERGRUNG DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Positionsmessungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Ein Rotationslasergerät ist verfügbar gewesen, wie es z.B. in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 6-26861 gezeigt ist. Gemäß dem Rotationslasergerät, wie es in 12 gezeigt ist, kann ein Laserstrahl so drehend projiziert werden, um eine Laserreferenzebene auszubilden. Des Weiteren gestattet es die in der Figur gezeigte Anordnung, dass die Laserreferenzebene geneigt wird.
Das heißt, ein Laserprojektor 10 ist im Wesentlichen in der Mitte eines Gehäuses 5 angeordnet, und eine Drehscaneinheit 13 ist über dem Laserprojektor 10 vorgesehen. Die Drehscaneinheit 13 ist angeordnet, um drehbar in der horizontalen Richtung mittels eines Scanmotors 15 über Getriebe zu sein. Ein Pentaprisma 18 ist in der Drehscaneinheit 13 vorgesehen, so dass der Laserlichtstrahl, ausgestrahlt auf der Drehachse der Drehscaneinheit 13, um 90° polarisiert ist, um die Laserreferenzebene auszubilden.
Der Laserprojektor 12 und die Drehscaneinheit 13 sind angeordnet, um in zwei Richtungen senkrecht zueinander gekippt zu werden. Der Laserprojektor 12 ist mit einem ersten Neigungssensor 20 und einem zweiten Neigungssensor 21 versehen. Der erste Neigungssensor 20 und der zweite Neigungssensor 21 sind so angeordnet, um einander im rechten Winkel zu überkreuzen.
Des Weiteren ist der Laserprojektor 12 mit einem ersten Einstellneigungssensor 65 und einem zweiten Einstellneigungssensor 66 versehen. Die Neigungsrichtungen des ersten Einstellneigungssensors 65 und des zweiten Einstellneigungssensors 66 sind vorgenommen, um mit den zwei Richtungen senkrecht zueinander übereinzustimmen, in welche sich der erste Neigungssensor 20 und der zweite Neigungssensor 21 jeweils erstrecken. Somit kann der Laserprojektor 12 bezüglich der durch den ersten Einstellneigungssensor 65 und den zweiten Einstellneigungssensor 66 bestimmten Position geneigt werden.
Der erste Einstellneigungssensor 65 und der zweite Einstellneigungssensor 66 sind auf einer Grundplatte vorgesehen, und der Neigungswinkel kann willkürlich mittels einer ersten frei wählbaren Winkeleinstelleinheit 52 und einer zweiten frei wählbaren Winkeleinstelleinheit 53 (nicht gezeigt) festgesetzt werden.
Die erste frei wählbare Winkeleinstelleinheit 52 und die zweite frei wählbare Winkeleinstelleinheit 53 sind angeordnet, um von einem ersten Neigemotor 58 und einem zweiten Neigemotor 59 (nicht gezeigt) über ein Getriebe angetrieben zu werden.
Das Gehäuse 5 ist mit einer ersten Neigungseinstelleinheit 35 und einer zweiten Neigungseinstelleinheit 36 (nicht gezeigt) versehen. Die erste Neigungseinstelleinheit 35 und die zweite Neigungseinstelleinheit 36 werden verwendet, um den Laserprojektor 12 und die Drehscaneinheit 13 so zu neigen, dass die Richtungen des ersten Neigungssensors 20 und des zweiten Neigungssensors 21 rechtwinklig zueinander liegen.
Die erste Neigungseinstelleinheit 35 und die zweite Neigungseinstelleinheit 36 werden durch einen ersten Neigungseinstellmotor 31 und einen zweiten Neigungseinstellmotor 32 (nicht gezeigt) über ein Getriebe angetrieben.
Der Laserprojektor 12 weist einen ersten Arm 25 und einen zweiten Arm 26 (nicht gezeigt) auf, die sich davon in eine Richtung senkrecht zum Laserprojektor 12 erstrecken. Der erste Arm 25 und der zweite Arm 26 sind jeweils mit der ersten Neigungseinstelleinheit 35 und der zweiten Neigungseinstelleinheit 36 in Eingriff.
Wenn in dem Gerät eine Neigung festgelegt ist, wird die Laserreferenzebene veranlasst, mit der horizontalen Ebene übereinzustimmen zum Festsetzen der Referenzposition. Der Neigemechanismus entspricht den Neigemitteln.
Wenn die horizontale Ebene in dem Gerät festgesetzt ist, wird die horizontale Position durch den ersten Neigungssensor 20 und den zweiten Neigungssensor 21 detektiert. Gleichzeitig wird die Drehachse der Drehscaneinheit 13 vertikal gerichtet, und der erste Einstellneigungssensor 65 und der zweite Einstellneigungssensor 66 werden horizontal gerichtet.
Dann werden die erste frei wählbare Winkeleinstelleinheit 52 und die zweite frei wählbare Winkeleinstelleinheit 53 angetrieben, basierend auf dem Neigungswinkel, der durch eine Eingabevorrichtung eingegeben wird, so dass der erste Einstellneigungssensor 65 und der zweite Einstellneigungssensor 66 in die negative Richtung bezüglich einem vorbestimmten Neigungswinkel geneigt werden.
Nachdem der erste Einstellneigungssensor 65 und der zweite Einstellneigungssensor 66 in die negative Richtung geneigt sind, werden die erste Neigungseinstelleinheit 35 und die zweite Neigungseinstelleinheit 36 angetrieben bis der erste Einstellneigungssensor 65 und der zweite Einstellneigungssensor 66 mit ihren Ausgabesignalen den horizontalen Zustand anzeigen, wobei der Laserprojektor 12 und die Drehscaneinheit 13 geneigt werden. Wenn der erste Einstellneigungssensor 65 und der zweite Einstellneigungssensor 66 den horizontalen Zustand mit ihren Ausgabesignalen anzeigen, ist die Neigungseinstelloperation abgeschlossen.
13 ist ein Diagramm, welches einen Steuerblock zum Steuern des Geräts zeigt.
Die erste feste Wasserwaage 20 und die erste frei wählbare Winkeleinstellwasserwaage 65 liefern Detektionsergebnisse durch einen ersten Schaltungsschaltkreis 85 zu einer ersten Winkeldetektionsschaltung 87, während die zweite feste Wasserwaage 21 und die zweite frei wählbare Winkeleinstellwasserwaage 66 Detektionsergebnisse durch einen zweiten Schaltungsschaltkreis 86 zu einer zweiten Winkeldetektionsschaltung 88 liefern.
Die erste Winkeldetektionsschaltung 87 und die zweite Winkeldetektionsschaltung 88 weisen jeweils einen Referenzwinkel 91 und einen Referenzwinkel 92 darin festgesetzt auf. Der Referenzwinkel 91 und der Referenzwinkel 92 sind in dem üblichen Zustand auf null gesetzt.
Wenn die erste Winkeldetektionsschaltung 87 mit einem Signal von der ersten festen Wasserwaage 20 durch die erste Umschaltschaltung 85 versorgt ist, detektiert die erste Winkeldetektionsschaltung 87 einen Abweichungsbetrag bezüglich dem Referenzwinkel 91. Dann liefert die erste Winkeldetektionsschaltung 87 ein Signal zu einer ersten Motorsteuerung 89, und ein erster Niveaueinstellmotor 31 wird durch die erste Motorsteuerung 89 gesteuert.
Wenn die erste Winkeldetektionsschaltung 87 mit Signalen von der ersten festen Wasserwaage 20 und der frei wählbaren Winkeleinstellwasserwaage 65 durch die erste Umschaltschaltung 85 versorgt wird, erzeugt die erste Winkeldetektionsschaltung 87 ein Signal, welches dem Ablenkgrad entspricht. Dann wird das für den Ablenkgrad bezeichnende Signal zu einer ersten Neigungsantriebsschaltung 83 zugeführt, und ein erster Antriebsmotor 58 wird bei seinem Antrieb durch die erste Neigungsantriebsschaltung 83 gesteuert. Des Weiteren detektiert, wenn die zweite Winkeldetektionsschaltung 88 mit einem Signal von der zweiten frei wählbaren Winkeleinstellwasserwaage 66 durch die zweite Umschaltschaltung 86 ver sorgt wird, die zweite Winkeldetektionsschaltung 88 einen Abweichungsbetrag relativ zum Referenzwinkel 92. Dann führt die zweite Winkeldetektionsschaltung 88 ein Signal zu einer zweiten Motorsteuerung 90 zu, und ein zweiter Niveaueinstellmotor 32 wir durch die zweite Motorsteuerung 90 gesteuert.
Das Signal der zweiten Winkeldetektionsschaltung 88 wird zu der zweiten Motorsteuerung 90 zugeführt, und der zweite Niveaueinstellmotor 32 wird bei seinem Antrieb gesteuert durch die zweite Motorsteuerung 90.
Dann werden das Signal der zweiten Winkeldetektionsschaltung 88 und das Signal einer frei wählbaren Winkeleinstellschaltung 82 zu einer zweiten Neigungsantriebsschaltung 84 zugeführt, und ein zweiter Antriebsmotor 59 wird bei seinem Antrieb durch die zweite Neigungsantriebsschaltung 84 gesteuert.
Dann werden die Winkelabweichungen, die von der ersten Winkeldetektionsschaltung 87 und der zweiten Winkeldetektionsschaltung 88 erzeugt werden, zu einem Diskriminator 93 zugeführt. Der Diskriminator 93 selektiert die größere Winkelabweichung der Winkelabweichungen der ersten Winkeldetektionsschaltung 87 und der zweiten Winkeldetektionsschaltung 88 und liefert eine Ausgabe entsprechend der ausgewählten Winkelabweichungsänderung zu einem Anzeigetreiber 94. Der Anzeigetreiber 94 veranlasst eine Anzeige 95, entsprechend dem Wert der Abweichung anzuzeigen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Referenzebene, die durch den Laserstrahl ausgebildet ist, horizontal festgesetzt sein oder um einen beliebigen Winkel geneigt. Nun wird die Ausgleichsoperation des Laservermessungsinstruments zum Ausbilden der horizontalen Referenzebene beschrieben werden.
Falls eine Haupteinheit 4 installiert ist und keine Einstellung ausgeführt wird, fällt die Achse des Laserprojektors 10 im Allgemeinen nicht mit einer vertikalen Linie zusammen, und folglich sind die erste feste Wasserwaage 20 und die zweite feste Wasserwaage 21 nicht horizontal.
Die erste Umschaltschaltung 85 erstellt eine Signalleitung von der ersten festen Wasserwaage 20 zu der ersten Winkeldetektionsschaltung 87, während die zweite Umschaltschaltung 86 eine Signalleitung von der zweiten festen Wasserwaage 21 zu der zweiten Winkeldetektionsschaltung 88 erstellt.
Falls der Referenzwinkel 91 auf null gesetzt ist, erzeugt die erste Winkeldetektionsschaltung 87 ein Winkelabweichsignal, wohingegen, falls der Referenzwinkel 92 auf null gesetzt ist, die zweite Winkeldetektionsschaltung 88 ein anderes Winkelabweichsignal erzeugt. Wenn das Winkelabweichsignal erzeugt ist, treiben die erste Motorsteuerung 89 und die zweite Motorsteuerung 90 den ersten Niveaueinstellmotor 31 und den zweiten Niveaueinstellmotor 32 in eine vorbestimmte Richtung an, so dass das Winkelabweichsignal null wird.
Die durch das Drehlasergerät ausgebildete Laserebene erfordert, dass sie eine hohe Neigungsgenauigkeit aufweist, da die Laserebene als Referenzebene dient. Ein Neigungsdetektionsgerät vom Pendeltyp kann den Neigungswinkel über einen relativ breiten Detektionsbereich detektieren. Jedoch schließt ein Neigungsdetektionsgerät vom Pendeltyp einen mechanischen Antriebsabschnitt ein, und daher ist die Präzision der Detektion von Luftwiderstandsreibung beeinflusst, und es ist sehr schwierig, einen Winkel in Einheiten von einigen Sekunden zu detektieren.
Als ein herkömmliches Element zum Detektieren der Neigung eines Vermessungsgeräts ist eine Wasserwaage 10000 vom elektrischen Typ, wie in 14 gezeigt, verwendet worden. Die Wasserwaage 10000 weist auf eine Blase 5000, darin eingeschlossen, und Elektroden 6000 und 7000, die daran ausgebildet sind, so dass die elektrostatische Kapazität auf elektrische Art und Weise gemessen werden kann, um die Neigung des Geräts zu bestimmen.
Die Wasserwaage 10000 vom elektrischen Typ ist ausgebildet aus einer hohlen Glasröhre, und eine Flüssigkeit und die Blase 5000 sind darin eingeschlossen. Die Elektroden 6000 und 7000 sind an der Außenseite der Glasröhre ausgebildet, und es gibt dort keinen mechanischen Antriebsabschnitt, so dass die elektrostatische Kapazität präzise detektiert werden kann unter Verwendung der Verschiebungsbewegung der Blase.
Wenn die Neigung präzise unter Verwendung des Wasserwaagensystems bestimmt wird, wird gefordert, dass die Glasröhre einen großen Krümmungsradius aufweist. Jedoch bietet die Wasserwaage mit einer Glasröhre, welche einen großen Krümmungsradius aufweist, nur einen kleinen Detektionsbereich, und sie ist darüber hinaus teuer.
Des Weiteren bietet die Wasserwaage mit einer Glasröhre, welche einen großen Krümmungsradius aufweist, nur einen schmalen dynamischen Bereich zum Detektieren der elektrostatischen Kapazität, was den Detektionsbereich nur auf um die Horizontale herum limitiert. Daher ist es notwendig, um eine Neigung mit hoher Präzision festzulegen, einen festen Sensor und einen Einstellneigungssensor einzusetzen. Des Weiteren sind, falls es gefordert wird, eine Neigung in zwei Richtungen zu detektieren, vier Neigungssensoren notwendig.
Des Weiteren führt eine frei wählbare Winkeleinstelleinheit dazu, eine komplizierte Struktur aufzuweisen, ernsthafte Probleme werden erwartet, dass ein Fehler durch Abrieb oder einen Fehler bei einer Bewegung durch Reibung verursacht wird.
Das Dokument EP 0 802 396 A2 offenbart einen Neigungssensor für ein Laservermessungsinstrument, welcher in der Lage ist, Neigungen in zwei X- und Y-Achsenrichtungen unter Verwendung eines einzelnen Sensors, d.h. eines einzelnen lichtempfangenden Elements, zu detektieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kompakte Positionsmessvorrichtung und eine Neigungseinstellrotationslaservorrichtung unter Verwendung einer Positionsmessvorrichtung vorzusehen, die eine Neigung mit größerer Präzision über einen weiten Detektionsbereich nicht nur in einer Richtung misst. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Festlegung einer Neigung mit höherer Genauigkeit zu erlauben.
Diese Aufgabe wird erfüllt mit einer Positionsmessvorrichtung gemäß Anspruch 1.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich werden, welche mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gegeben ist, wobei bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung klar gezeigt sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgenden Zeichnungen von 1 bis 12 zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, während 12 bis 14 eine Technologie des Standes der Technik zeigen, wobei:
1 ein Diagramm ist, welches eine Anordnung eines Neigungssensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Diagramm ist, nützlich zum Erläutern eines Dunkelfeldmusters gemäß der Ausführungsform;
3 ein weiteres Diagramm ist, nützlich zum Erläutern des Dunkelfeldmusters gemäß der Ausführungsform;
4 ein Diagramm ist, nützlich zum Erläutern eines Flüssigkeitselements gemäß der Ausführungsform;
5 ein Diagramm ist, nützlich zum Erläutern eines Prinzips der Messung;
6 ein weiteres Diagramm ist, nützlich zum Erläutern des Prinzips der Messung;
7 ein weiteres Diagramm ist, nützlich zum Erläutern des Prinzips der Messung;
8 ein Diagramm ist, welches eine Anordnung des arithmetischen Operationsmittels gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt;
9 ein weiteres Diagramm ist, welches eine Anordnung des arithmetischen Operationsmittels gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt;
10 ein Diagramm ist, nützlich zum Erläutern einer Neigungseinstelldrehlasergeräts gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
11 ein Diagramm ist, nützlich zum Erläutern einer elektrischen Anordnung des Neigungseinstelldrehlasergeräts gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
12 ein Diagramm ist, nützlich zum Erläutern einer Technologie des Standes der Technik;
13 ein weiteres Diagramm ist, nützlich zum Erläutern einer Technologie des Standes der Technik; und
14 ein weiteres Diagramm ist, nützlich zum Erläutern einer Technologie des Standes der Technik.
15 ist ein Diagramm, welches nützlich ist zum Erläutern der vorliegenden Ausführungsform angewandt bei einem elektronischen Theodoliten.
16 ist ein Diagramm, welches nützlich ist zum Erläutern der vorliegenden Ausführungsform angewandt bei einem elektronischen Theodoliten.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Zu Beginn wird ein Neigungssensor 1000, verwendet in einer Neigungseinstelldrehlaservorrichtung 5000, gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden. Der Neigungssensor 1000 entspricht den Neigungsdetektionsmitteln, und er ist äquivalent mit einer Positionsmessvorrichtung.
1 ist ein Diagramm, welches eine optische Anordnung des Neigungssensors 1000 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Neigungssensor 1000 ist zusammengesetzt aus einer Lichtquelle 100, einer Kondensorlinse 200, einem Dunkelfeldmuster 300, einer ersten Musterweiterleitungslinse 410, einem ersten Halbspiegel 510, einem Flüssigkeitselement 600, welches eine freie Oberfläche aufweist, einer zweiten Musterweiterleitungslinse 420, einem zweiten Halbspiegel 520, einer ersten zylindrischen Linse 710, einer zweiten zylindrischen Linse 720, einem ersten lichtempfangenden Element 810, einem zweiten lichtempfangenden Element 820 und einem arithmetischen Operationsmittel 16.
Obwohl die Lichtquelle 100 der ersten Ausführungsform aus einer LED ausgebildet ist, kann irgendeine Art von Lichtquelle verwendet werden.
Die Kondensorlinse 200 wird verwendet, um das Licht von der Lichtquelle 100 parallel zu machen, und sie entspricht einem ersten optischen System.
Das Dunkelfeldmuster 300 wird zum Ausbilden eines Musterbildes auf dem ersten lichtempfangenden Element 810 und dem zweiten lichtempfangenden Element 820 verwendet. Das Dunkelfeldmuster 300 entspricht einem Muster.
2 ist ein Diagramm, welches das Dunkelfeldmuster 300 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, in welcher eine zweidimensionale Anordnung ausgebildet ist. Wie in 2 gezeigt, ist das Dunkelfeldmuster 300 aus einem schwarzen Maskenabschnitt und einer Vielzahl von transparenten Musterabschnitten ausgebildet, vorgesehen in dem schwarzen Maskenabschnitt. Das Muster kann aus einem transparenten Grundabschnitt und einer Vielzahl von schwarzen Musterabschnitten ausgebildet sein, die in dem transparenten Grundabschnitt vorgesehen sind.
3 ist eine vergrößerte Ansicht der Vielzahl von transparenten Musterabschnitten des Dunkelfeldmusters 300 der ersten Ausführungsform. Wie in 3 gezeigt, sind die Musterabschnitte in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung senkrecht zueinander angeordnet. Das heißt, das Dunkelfeldmuster 300 der ersten Ausführungsform ist ein absolutes Muster, in welchem eine absolute Position bezeichnet ist durch zwei Achsen (X-Achse und Y-Achse), und das Muster erstreckt sich in der Richtung der X-Achse und der Y-Achse.
Nun werden die in der X-Achsenrichtung angeordneten Spalten mit i nummeriert (i = 1 bis N), während die Reihen, die in Y-Achsenrichtung angeordnet sind, mit j nummeriert werden (j = 1 bis K), und ein bestimmtes Musterelement wird bezeichnet mit P_ij (i = 1 bis N, j = 1 bis K). In dem in 3 gezeigten Beispiel ist N =9 und K=8.
Die Anordnung des Musters, welches sich in der ersten Reihe (j = 1) erstreckt, wird beschrieben werden.
Das Muster der ersten Reihe wird gebildet aus einem ersten Muster A, einem zweiten Muster B, einem dritten Muster C und einem vierten Muster R, von denen jedes sich wiederholend in einem gleichmäßigen Intervall (p) angeordnet ist. Das heißt, ein Satz von Mustern oder ein Block, der aus den vier Arten von Mustern gebildet ist, wird seriell ausgebildet. Der an der untersten linken Seite angeordnete Block ist definiert als 1-Block, und jedes der Muster, welche den Block bilden, wird wie folgt bezeichnet: R, A(1), B(1), C(1). Gemäß der Bezeichnung können die folgenden wiederholt angeordneten Muster wie folgt bezeichnet werden: R, A(2), B(2), C(2), R, A(3), B(3), C(3) ...
Das heißt, die folgende Entsprechung wird gebildet: P₁₁ = R, P₂₁ = A₁, P₃₁ = B₁, P₄₁ = C₁, P₅₁ = R, P₆₁ = A₂, P₇₁ = B₂, P₈₁ = C₂, P₉₁ = R.
Die Anordnung der Muster, welche sich in der ersten Spalte (i = 1) erstrecken, wird beschrieben werden.
Das Muster der ersten Spalte wird ausgebildet aus einem ersten Muster A, einem zweiten Muster B, einem dritten Muster C und einem vierten Muster R, von denen jedes wiederholt angeordnet ist in einem gleichmäßigen Intervall (p). Das heißt, ein Satz von Mustern oder ein Block, der aus den vier Arten von Mustern ausgebildet ist, wird seriell ausgebildet. Der an der obersten Seite angeordnete Block wird definiert als 1-Block, und jedes der Muster, welche den Block ausbilden, wird wie folgt bezeichnet: R, A(1), B(1), C(1). Gemäß dieser Bezeichnung können die folgenden, wiederholt angeordneten Muster wie folgt bezeichnet werden: R, A(2), B(2), C(2), R, A(3), B(3), C(3) ...
Das heißt, die folgende Entsprechung wird ausgebildet: P₁₁ = R, P₁₂ = A₁, P₁₃ = B₁, P₁₄ = C₁, P₁₅ = R, P₁₆ = A₂, P₁₇ = B₂, P₁₈ = C₂.
Die erste Musterweiterleitungslinse 410 wird verwendet zum Führen des Lichtstrahls, welcher durch das Dunkelfeldmuster durchtritt, zu dem ersten Halbspiegel 510.
Der erste Halbspiegel 510 der vorliegenden ersten Ausführungsform ist ein Strahlteiler, welcher eine semitransparente Oberfläche 511 aufweist. Der auf den ersten Halbspiegel 510 auftreffende Lichtstrahl wird nach oben geleitet durch die semitransparente Oberfläche 511 und trifft dann auf das Flüssigkeitselement 600, welches eine freie Oberfläche aufweist. Der Lichtstrahl, der an dem Flüssigkeitsele ment 600, welches eine freie Oberfläche aufweist, reflektiert wird, wird an der semitransparenten Oberfläche 511 des ersten Halbspiegels 510 reflektiert und in Richtung der zweiten Musterweiterleitungslinse 420 gelenkt.
Der erste Halbspiegel 510 ist angeordnet, so dass er eine geneigte Oberfläche 512 aufweist, die bezüglich des reflektierten Lichtstrahls von der Lichtquelle 100 geneigt ist.
Dies ist der Fall, da der Lichtstrahl, der auf den ersten Halbspiegel 510 von der Lichtquelle 100 auftrifft, nach oben durch die semitransparente Oberfläche 511 geleitet wird, aber ein Teil des Lichtstrahls an der semitransparenten Oberfläche 511 reflektiert wird. Falls der Teil des Lichtstrahls, der an der Oberfläche reflektiert wird, an der Endoberfläche des ersten Halbspiegels 510 reflektiert wird und dann den gleichen optischen Pfad in die entgegengesetzte Richtung läuft, wird der Lichtstrahl dann wieder durch die semitransparente Oberfläche 511 durchtreten, um in Richtung der zweiten Musterweiterleitungslinse 420 gelenkt zu werden.
Der reflektierte Lichtstrahl, der an der semitransparenten Oberfläche 511 reflektiert ist, kann die Neigungsdetektion behindern, was zu einem Fehler führen kann. Somit ist gemäß der ersten Ausführungsform die Endoberfläche des ersten Halbspiegels 510 angeordnet, um die geneigte Oberfläche 510 zu sein, die bezüglich dem Lichtstrahl geneigt ist, der dort hindurch von der Lichtquelle 100 durchtritt.
Als Ergebnis wird, obwohl der Lichtstrahl, der an der semitransparenten Oberfläche 511 von der Lichtquelle 100 reflektiert ist, wieder an der geneigten Oberfläche 512 reflektiert wird, der reflektierte Lichtstrahl, der wieder an der geneigten Oberfläche 512 reflektiert wird, nie den gleichen optischen Pfad in der entgegengesetzten Richtung laufen. Daher wird das reflektierte Licht nicht auf das erste lichtempfangende Element 810 und das zweite lichtempfangende Element 820 durch die zweite Musterweiterleitungslinse 420 fallen. Demgemäß kann eine Messung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
Die Lichtquelle 100 und die Oberfläche des Flüssigkeitselements 600, welches eine freie Oberfläche zum Reflektieren des Lichtstrahls von der Lichtquelle 100 aufweist, können in konjugiertem Verhältnis angeordnet sein.
In diesem Fall wird das Reflexionsgebiet des Flüssigkeitselements 600 am kleinsten, mit dem Ergebnis, dass der von der Oberflächenspannung bewirkte Fehler am kleinsten gemacht werden kann. Darüber hinaus kann das Volumen des Flüssigkeitselements 600 klein gemacht werden.
Das Flüssigkeitselement 600, welches eine freie Oberfläche aufweist, ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, welche eine geeignete Viskosität aufweist, wie etwa Silikonöl. Da das Flüssigkeitselement 600 eine freie Oberfläche aufweist, wird die Oberfläche immer als eine nivellierte Oberfläche beibehalten.
Des Weiteren kann das Flüssigkeitselement 600 der vorliegenden Ausführungsform integral mit dem ersten Halbspiegel 510 ausgebildet sein.
Der erste Halbspiegel 510 der vorliegenden Ausführungsform kann versehen sein mit einem Film, welcher eine Reflexion verhindert, an einer Oberfläche, welche das Flüssigkeitselement 600 kontaktiert.
Das Flüssigkeitselement 600 und der erste Halbspiegel 510 der vorliegenden Ausführungsform können angeordnet sein, um einen Brechungsindex aufzuweisen, der zueinander ähnlich bzw. gleich ist.
Der erste Halbspiegel 510 entspricht einem halben Spiegel.
Ein Lichtstrahl, welcher an dem Flüssigkeitselement 600, welches eine freie Oberfläche aufweist, reflektiert wird und welcher auch an dem ersten Halbspiegel 510 reflektiert wird, tritt durch die zweite Musterweiterleitungslinse 420, so dass das Musterbild an dem ersten lichtempfangenden Element 810 und dem zweiten lichtempfangenden Element 820 ausgebildet wird. Das heißt, die zweite Musterweiterleitungslinse 420 wird verwendet zum Ausbilden des Bildes des Dunkelfeldmusters 300 auf dem ersten lichtempfangenden Element 810 und dem zweiten lichtempfangenden Element 820.
Die zweite Musterweiterleitungslinse 420 entspricht dem zweiten optischen System und ist an einer Position beabstandet von dem ersten lichtempfangenden Element 810 und dem zweiten lichtempfangenden Element 820 durch einen Brennpunktabstand f der Musterweiterleitungslinse 420 angeordnet.
Der zweite Halbspiegel 520 wird verwendet zum Spalten des Lichtstrahls des Bildes des Dunkelfeldmusters 300 in einen Lichtstrahl für das erste lichtempfangende Element 810 und das zweite lichtempfangende Element 820.
Die erste zylindrische Linse 710 wird verwendet zur Kondensierung des Lichtstrahls des Bilds des Dunkelfeldmusters 300 in der X-Achsenrichtung. Die erste zylindrische Linse 710 entspricht dem ersten optischen Element.
Zum Beispiel kondensiert die erste zylindrische Linse 710 den Lichtstrahl des Musters von P₁₁ = R, P₂₁ = A₁, P₃₁ = B₁, P₄₁ = C₁, P₅₁ = R, P₆₁ = A₂, P₇₁ = B₂, P₈₁ = C₂, P₉₁ = R für die erste Reihe, wie in der rechten Ecke der 3 gezeigt.
Das heißt, P_il (i = 1 bis 9) wird, wie in der rechten Ecke der 3 gezeigt, kondensiert.
Somit können die Lichtstrahlen, welche den Mustern aller Reihen entsprechen, in der X-Richtung kondensiert werden.
Entsprechend können die Lichtstrahlen, welche P_il (i = 1 bis 9) entsprechen, über die Reihen von J = 1 bis 8 kondensiert werden.
Als ein Ergebnis wird ein absolutes Muster, kennzeichnend für eine Position in der Y-Richtung, kondensiert in der X-Richtung bei einem Intervall von p ausgebildet, wie in der rechten Ecke von 3 gezeigt.
Die zweite zylindrische Linse 720 wird zum Kondensieren des Lichtstrahls des Bildes des Dunkelfeldmusters 300 in der Y-Richtung verwendet. Die zweite zylindrische Linse 720 entspricht dem zweiten optischen Element.
Somit können die Lichtstrahlen, welche den Mustern von allen Spalten entsprechen, in der Y-Richtung kondensiert werden, ähnlich zur X-Richtung.
Das erste lichtempfangende Element 810 und das zweite lichtempfangende Element 820 gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform nützen einen CCD-(Charge Coupled Device)-Linearsensor.
Das arithmetische Operationsmittel 16 ist eine arithmetische Operationseinheit, welche eine CPU einschließt. Die arithmetische Operationseinheit 16 steuert die Gesamtanordnung der Vorrichtung und berechnet die Position des Schlitzbildes des Dunkelfeldmusters 300 und berechnet auch den entsprechenden Neigungswinkel.
Gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform, die wie oben beschrieben angeordnet ist, wird, wenn der Neigungssensor 1000 geneigt ist, da die freie Oberfläche des Flüssigkeitselements 600 horizontal gehalten wird, das Bild des Dunkelfeldmusters 300 an dem ersten lichtempfangenden Element 810 und dem zweiten lichtempfangenden Element 820 in Proportion zum Neigungswinkel bewegt.
In diesem Fall ist, falls der Neigungssensor 1000 um einen Winkel von θ geneigt ist, wie in 4 gezeigt, falls n als der Brechungsindex des Flüssigkeitselements 600 genommen wird, die Neigung des Lichtstrahls, der von der freien Oberfläche reflektiert wird, gegeben als 2nθ. Falls L als der Abstand des linearen Sensors genommen wird oder des ersten lichtempfangenden Elements 810 und des zweiten lichtempfangenden Elements 820, kann der Abstand durch die folgende Formel ausgedrückt werden: L = f·tan(2nθ)... (Gleichung 1)
Daher, falls die Position des Bildes des Dunkelfeldmusters 300 durch das erste lichtempfangende Element 810 und das zweite lichtempfangende Element 820 detektiert wird, der Abstand der Position bezüglich einer Referenz- bzw. Bezugsposition berechnet wird und das arithmetische Operationsmittel 16 den Neigungswinkel berechnet, ist es dann möglich, den Neigungswinkel θ des Neigungssensors 1000 zu messen.
Die arithmetische Operation zum Berechnen des Neigungswinkels, ausgeführt durch das arithmetische Operationsmittel 16, wird im Folgenden im Detail beschrieben werden.
Wie für den Neigungswinkel, wird eine Position eines bestimmten Musters als eine Referenz verwendet, und dann kann ein Abstand dL eines Musters, detektiert durch den Linearsensor, bezüglich dem bestimmten Muster gemessen werden.
Ferner werden, falls der Abstand zwischen dem bestimmten Muster und dem detektierten Muster kleiner ist als das Teilungsintervall, die Ausgaben des ersten lichtempfangenden Elements 810 und des zweiten lichtempfangenden Elements 820 einer Fourier-Transformation unterzogen, um eine Phasendifferenz Φ des Teilungsabstands p bezüglich der Referenzposition des Linearsensors zu berechnen. Dann ist ein Wert zu berechnen, der durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird. Φ·p·m /(2π)... (Gleichung 2) wobei m eine Vergrößerung darstellt.
Somit ist es möglich, mit hoher Präzision den Abstand kleiner als das Teilungsintervall zum messen. Demgemäß, falls die Detektion an dem Abstand kleiner als des Teilungsintervall kombiniert wird mit der Detektion an dem Abstand größer als das Teilungsintervall, kann der gesamte Abstand berechnet werden.
Um die Erklärung zu vereinfachen, wird das Muster, das in dem Dunkelfeldmuster 300 ausgebildet ist, vereinfacht, wie in 5 gezeigt, und eine Erläuterung wird an dem vereinfachten Muster gegeben werden. In der Erläuterung wird das Muster C zur einfachen Verständlichkeit weggelassen. Das heißt, die folgende Erläuterung wird gegeben werden an einem Muster, das zusammengesetzt ist aus einer sich wiederholenden Anordnung von R, A(0), B(0), R, A(1), B(1), R, A(2), B(2),...
Das in dem Dunkelfeldmuster 300 ausgebildete Muster ist wie in 5 gezeigt, das erste Muster A, das zweite Muster B und das dritte Muster R sind, jedes davon, wiederholt angeordnet in einem gleichmäßigen Intervall (p). Das heißt, ein Satz von drei Mustern oder ein Block wird wiederholt vorgesehen. Falls der Block, der an der Seite ganz links vorgesehen ist, als 0-Block definiert ist und Muster, die den 0-Block ausbilden, als R(0), A(0), B(0) bezeichnet werden, dann können die folgenden Muster bezeichnet werden als R(1), A(1), B(1), R(2), A(2), B(2),..., und diese Bezeichnungen werden wiederholt verwendet. Da alle Muster wiederholt angeordnet sind in einem gleichmäßigen Intervall p, wird das dem Intervall entsprechende Signal als ein Referenzsignal definiert.
Zum Beispiel ist das dritte Muster R angeordnet, um einen schwarzen Teil aufzuweisen, dessen Breite auf 50 μm fixiert ist. Das erste Muster A ist angeordnet, um einen schwarzen Abschnitt aufzuweisen, dessen Breite mit einem Zyklus von 7 Blöcken moduliert ist. Das zweite Muster B ist angeordnet, um einen schwarzen Abschnitt aufzuweisen, dessen Breite moduliert ist mit einem Zyklus von 5 Blöcken.
Da das erste Muster A angeordnet ist, um einen schwarzen Abschnitt aufzuweisen, dessen Breite moduliert ist mit einem Zyklus von 7 Blöcken, falls die modulierte Weite 20 μm bis 80 μm ist, ist die Weite D_A des ersten Musters gegeben durch die folgende Gleichung: DA = 50 + 30·SIN(2·n·X/7)... (Gleichung 3)wobei X = (0, 1, 2, 3...)
Ähnlich ist, da das zweite Muster B angeordnet ist, um einen schwarzen Abschnitt aufzuweisen, dessen Weite moduliert ist mit einem Zyklus von 5 Blöcken, die Weite D_B des zweiten Musters gegeben durch die folgende Gleichung: DB = 50 + 30·SIN (2·π·X/5)... (Gleichung 4)wobei X = (0, 1, 2, 3...)
Da das erste Muster A und das zweite Muster B leicht unterschiedliche Zyklen aufweisen, wird das gleiche Muster wiederholt bei einem Abstand auftreten, welcher dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen beider Zyklen entspricht. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das gleiche Muster alle 35 Blöcke auftreten, d.h. dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen von 7 Blöcken und 5 Blöcken.
Das heißt, falls die Anzahl von Phasen des ersten Musters A bei einem Block, welcher eine horizontale Position enthält, bezeichnet wird mit Φ_A (0 bis 6) und die Anzahl der Phase des zweiten Musters B bei einem Block, welcher eine-horizontale Position enthält, bezeichnet wird mit Φ_B (0 bis 4), kann die Position H des Dunkelfeldmusters 300 ausgedrückt werden durch Kombination der Phasenzahlen Φ_A und Φ_B durch die folgende Gleichung: H = ΦAB·p·m... (Gleichung 5)wobei Φ_AB eine Blockzahl ist, welche jede der Phasenzahlett enthält.
Ein Verfahren zum Berechnen der Position des Dunkelfeldmusters 300 wird im Folgenden konkret beschrieben werden.
Die Breite des Musters wird berechnet innerhalb eines Bereichs einer Vorderhälfte und einer Hinterhälfte von Teilungsmengen des Referenzsignals (ein Signal, welches der regulären Intervallteilung (p) entspricht) über die Ausgabesignale des ersten lichtempfangenden Elements 810 und des zweiten lichtempfangenden Elements 820. Falls die Musterbreite bei jedem dritten Musterelement (Produktdetektion) verringert ist, wie in 6 und 7 gezeigt, werden ein Signal 1, entsprechend dem ersten Muster A, ein Signal 2, entsprechend dem zweiten Muster B, ein Signal 3, entsprechend dem dritten Muster R, erhalten. Jedoch ist das dritte Muster R nicht moduliert. Zusätzlich, obwohl das erste Muster A und das zweite Muster B die größte Modulationsbreite von 80 μm aufweisen, weist das dritte Muster R die Modulationsbreite von 50 μm auf. Daher hat das Signal 3, welches dem dritten Muster R entspricht, eine im Wesentlichen konstante Breite, und sein Wert beträgt in etwa 50 % derjenigen des Signals 1 und des Signals 2.
Da das dritte Muster R, das erste Muster A und das zweite Muster B wiederholt an der Basis einer vorbestimmten Sequenz angeordnet sind, ist es möglich, zu bestimmen, welches Muster aus dem dritten Muster R, dem ersten Muster A und dem zweiten Muster B dezimiert ist.
Dann, falls ein Satz von Signalen der Muster A und B, welche eine Adressposition (m-tes bit) an den Linearsensoren 810, 820 enthalten, als eine Referenzposition für ein Lesen einer Neigung ausgewählt ist und die Phasenzahl des Musters A und B berechnet ist, wird es dann möglich zu bestimmen, welche Position der Kombination des ersten Musters A und des zweiten Musters B und des dritten Musters R.
In diesem Fall wird die Phasenzahl des Signals des Musters A bezeichnet mit Am, und die Phasenzahl des Signals des Musters B wird bezeichnet mit Bm. Dann kann die Blockzahl Φ_AB, welche die Muster R, A und B enthält, erhalten werden durch Kombination der Phasenzahlen der Muster A und B.
Das Muster, welches die Referenzposition (m-tes bit) enthält, kann wie folgt ausgedrückt werden: Im Fall des Musters R;... 3·p·ΦAB... (Gleichung 6) Im Fall des Musters A;... p·(3·ΦAB + 1)... (Gleichung 7) Im Fall des Musters B;... p·(3·ΦAB + 2)... (Gleichung 8)wobei p das Teilungsintervall wiedergibt.
Falls die Werte, welche durch Gleichungen 6 bis 8 erhalten werden, und der Wert, der durch Gleichung 2 erhalten wird, zueinander kombiniert werden, wird dort die Position H des Dunkelfeldmusters 300 erhalten.
Falls die zylindrische Kondensorlinse durch eine zylindrische Linse ersetzt wird, welche das Muster aufweitet, kann die Position des Dunkelfeldmusters 300 auch erhalten werden.
Das arithmetisehe Operationsmittel 16 der vorliegenden Ausführungsform wird im Folgenden im Detail mit Bezugnahme auf 8 beschrieben werden.
Ein Verstärker 161 wird verwendet zum Verstärken eines elektrischen Signals, welches von entweder dem ersten lichtempfangenden Element 810 und dem zweiten lichtempfangenden Element 820 zugeführt wird, ausgewählt durch einen Wähler 168. Eine Sample-and-Hold-Schaltung 162 wird verwendet zum Sammeln und Halten des verstärkten elektrischen Signals mit einem Zeitgabesignal, welches von einem Zeitgabetreiber 165 zugeführt wird. Ein Analog-zu-Digital-Konverter 163 wird verwendet zum Konvertieren eines analogen Signals oder des elektrischen Signals, das gesammelt und gehalten wird, in ein digitales Signal. Ein RAM 164 wird verwendet zum Aufzeichnen des digitalen Signals, welches durch den Analog-zu-Digital-Konverter 163 konvertiert ist. Des Weiteren führt ein Mikrocomputer 166 verschiedene Arten von arithmetischen Operationen aus.
Die von dem Mikrocomputer 166 ausgefiührten Funktionen werden mit Bezugnahme auf 9 beschrieben werden. Das arithmetische Operationsmittel 16 ist zusammengesetzt aus einer Referenzsignalerzeugungseinheit 1661, einer Mustersignalerzeugungseinheit 1662 und einer Berechnungseinheit 1664. Die Referenzsignalerzeugungseinheit 1661 wird verwendet zum Erzeugen eines Referenzsignals, welches der regulären Intervallteilung (p) von dem ersten lichtempfangenden Element 810 und dem zweiten lichtempfangenden Element 820 entspricht mittels einer schnellen Fourier-Transformation.
Die Mustersignalerzeugungseinheit 1662 wird verwendet zum Berechnen der Breite des Referenzsignals innerhalb des Bereichs der Vorwärtshalbteilungsmenge und der Rückwärtshalbteilungsmenge und zum Ausbilden eines ersten Mustersignals und eines zweiten Mustersignals durch Dezimieren der Musterbreite bei jedem dritten Musterelement (Produktdetektion).
Die Berechnungseinheit 1664 berechnet eine Blockzahl, welche die Referenzposition enthält, aus der Zahl der Phase des ersten Mustersignals und des zweiten Mustersignals, bestimmt eine Position in einer Einheit der Teilung, führt eine Zahlenübereinstimmung mit der Phase innerhalb der Teilung durch (Gleichung 2), erhalten mittels einer schnellen Fourier-Transformation, bestimmt die Position des Dunkelfeldmusters 300 mit einer hohen Präzision und berechnet die Verschiebungsgröße des Dunkelfeldmusters 300.
Eine Anzeigeeinheit 167 wird verwendet zum Anzeigen des Neigungswinkels, der durch die Berechnungseinheit 1664 berechnet ist. Die Anzeigeinheit 167 kann ausgebildet sein durch irgendwelche Anzeigemittel, wie etwa ein Flüssigkristallanzeigegerät. Des Weiteren kann die Anzeigeeinheit 167 angeordnet sein, um die Bilddaten an irgendwelche externen Speichermittel oder dergleichen auszugeben.
Eine Neigungseinstelldrehlaservorrichtung 5000 wird im Folgenden beschrieben werden. In der folgenden Beschreibung werden die Anordnungen, die den Beispielen jener des Standes der Technik gemeinsam sind, nicht beschrieben werden.
Wie in 10 gezeigt, weist eine Neigungseinstelldrehlaservorrichtung 5000 den Laserprojektor 10 auf zum Erzeugen eines Laserlichtstrahls, der im Wesentlichen in der Mitte des Gehäuses 5 vorgesehen ist. Die Neigungseinstelldrehlaservorrichtung 5000 ist versehen mit der Rotationsscaneinheit 13 über dem Laserprojektor 10. Die Rotationsscaneinheit 13 ist angeordnet, um in der horizontalen Richtung durch den Scannermotor 15 durch ein Getriebe drehbar zu sein. Die Rotationsscaneinheit 13 ist versehen mit einem Pentaprisma 18, so dass der Laserstrahl, der auf die Drehachse der Rotationsscaneinheit 13 ausstrahlt, um 90 Grad polarisiert ist, um eine Laserreferenzebene auszubilden.
Der Laserprojektor 10 ist mit dem Neigungssensor 1000 versehen, so dass die zwei Richtungen, in welche der Neigungssensor 1000 eine Detektion ausführt, zusammenfallen mit den zwei senkrechten Richtungen, in welchen der Laserprojektor 10 und die Rotationsscaneinheit 13 geneigt werden können.
Der in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Neigungssensor 1000 ist ursprünglich ein Sensor zum Detektieren eines Positionsfehlers, aber der Neigungssensor 1000 kann mit einer hohen Präzision einen Winkel detektieren durch Konvertieren des Ausgabewerts in einen Winkel. Der Neigungssensor 1000 der vorliegenden Erfindung ist ausgebildet aus einem Flüssigkeitsoberflächen-Reflexionsdetektionstyp zum Detektieren einer Neigung mit hoher Präzision und ist auch angeordnet, um ein Typ zu sein, bei welchem ein Code-Muster projiziert und detektiert wird.
Des Weiteren ist, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, das Muster geschickterweise so angeordnet, dass Neigungen in zwei Richtungen gleichermaßen detektiert werden können. Des Weiteren ist das Lesesignal einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) unterworfen, so dass eine Neigung mit hoher Präzision detektiert werden kann, ungeachtet des erzeugten Musterfehlers.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine Neigung von bis zu 10 Grad (22 %) maximal in zwei Richtungen mit hoher Präzision und einem breiten Dynamikbereich zu detektieren. Daher kann die vorliegende Ausführungsform einen ausreichenden Detektionsbereich einer Neigung bieten, wenn sie in öffentlichen Vorhaben, wie etwa dem Bau von einem Wasserableitungssystem oder einer Straßenreparatur, verwendet wird, wobei eine Messung von mehreren Grad Neigung gefordert wird.
Der Neigungssensor 1000 der vorliegenden Ausführungsform kann eingesetzt werden in der Neigungseinstelldrehlaservorrichtung 5000, um es so möglich zu machen, den Neigungswinkel direkt festzulegen.
Daher können der erste Neigungssensor 20, der zweite Neigungssensor 21, der erste Einstellneigungssensor 65, der zweite Einstellneigungssensor 66, die erste frei wählbare Winkeleinstelleinheit 52, die zweite frei wählbare Winkeleinstelleinheit 53, der erste Antriebsmotor 58 und der zweite Antriebsmotor 59 durch einen einzelnen Neigungssensor ersetzt werden.
Nun wird mit Bezugnahme auf 11 beschrieben werden, wie der Neigungssensor 1000 eine Steuerung ausführt.
Das Ausgabesignal, welches durch den Neigungssensor 1000 oder die Neigungsdetektionsmittel detektiert ist, wird einer Verarbeitung in einer neigungsarithmetischen Operationseinheit 2000 unterzogen, um den Neigungswinkel zu berechnen.
Die Steuereinheit 3000 führt eine Ausgabe entsprechend dem Unterschied zwischen der Einstellung des Neigungswinkels, eingegeben von der Eingabeeinheit 3100, und einem Neigungswinkelsignal, zugeführt von der neigungsarithmetischen Operationseinheit 2000, zu einer ersten Motorsteuereinheit 4100 und einer zweiten Motorsteuereinheit 4200 zu, so dass ein erster Neigungseinstellmotor 4300 und ein zweiter Neigungseinstellmotor 4400 angetrieben werden. Wenn der Unterschied zwischen dem Ausgabesignal von dem Neigungssensor 1000 und dem Signal, welches von der Eingabeeinheit 3100 eingegeben wird, null wird, heißt das, dass der Laserprojektor 10 eingestellt ist, so dass er eine gewünschte Neigung aufweist.
Eine Anzeigetreibereinheit 4500 ist verbunden mit einer Anzeigeeinheit 4600, und die Anzeigeinheit 4600 ist in der Lage, einen Eingabewinkel, einen Gradient, die momentane Neigung usw. anzuzeigen.
Es gibt zwei mögliche Betriebsweisen, die in Realität bewirkt werden, basierend auf dem Steuerverfahren.
Eine der möglichen Betriebsweisen ist, dass die Neigungseinstelldrehlaservorrichtung 5000 direkt angetrieben wird, um die Neigung durch Eingabeoperation von dem gerade geneigten Zustand zu bekommen, so dass die Neigungseinstelldrehlaservorrichtung 5000 auf die vorbestimmte Neigung eingestellt ist. Daraufhin wird ein Laserrichtstrahl drehend von dem Laserprojektor 10 ausgestrahlt, um eine Laserreferenzebene auszubilden.
Die andere ist, dass eine Nivellierungsoperation durchgeführt wird in einer ähnlichen Weise zum Stand der Technik und dann die Neigungseinstelldrehlaservorriehtung 5000 geneigt wird, um die eingegebene Neigung aufzuweisen.
Die erste Motorsteuereinheit 4100 entspricht der ersten Motorsteuereinheit 89 der oben beschriebenen Technologie des Standes der Technik, während die zweite Motorsteuereinheit 4200 der zweiten Motorsteuereinheit 90 der oben beschriebenen Technologie des Standes der Technik entspricht.
Der erste Neigungseinstellmotor 4300 entspricht dem ersten Niveaueinstellmotor 31, während der zweite Neigungseinstellmotor 4400 dem zweiten Niveaueinstellmotor 32 entspricht.
Die neigungsarithmetische Operationseinheit 2000 ist äquivalent zu der arithmetischen Operationseinheit 16 oder dem Mikrocomputer 166 der oben beschriebenen Ausführungsform. Die neigungsarithmetische Operationseinheit 2000 und die Steuereinheit 3000 können durch einen gemeinsamen Hardwarechip verwirklicht sein.
Gemäß dem Neigungssensor 1000 der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben angeordnet, wird das Dunkelfeldmuster ausgebildet in einem zweidimensionalem Muster, in welchem Musterelemente in einem regulären Intervall in den Längsrichtungen des ersten Kondensorelements und des zweiten Kondensorelements jeweils angeordnet sind, und die Musterelemente sind angeordnet, um die gleiche Breite aufzuweisen, wie gesehen von der Richtung senkrecht zu der Richtung, in welcher die Musterelemente angeordnet sind. Daher weist der Neigungssensor 1000 eine hohe mechanische Festigkeit auf. Demzufolge ist es möglich, eine kompakte Positionsmessvorrichtung mit hoher Präzision vorzusehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, falls die Lichtquelle und die Oberfläche des Flüssigkeitselements, welches die freie Oberfläche aufweist, zum Reflektieren des Lichtstrahls von der Lichtquelle, in einer konjugierten Beziehung angeordnet sind, die Fläche der Reflexion an der Oberfläche des Flüssigkeitselements am kleinsten, mit dem Ergebnis, dass der Fehler aufgrund der Oberflächenspannung der Flüssigkeit am kleinsten gemacht werden kann. Zusätzlich kann das Volumen des Flüssigkeitselements klein gemacht werden.
Da der Halbspiegel gemäß der vorliegenden Erfindung eine Oberfläche aufweist, die bezüglich dem Lichtstrahl, welcher von der Lichtquelle dort hindurchtritt, geneigt ist, wird der reflektierte Lichtstrahl nicht den gleichen optischen Weg in die entgegengesetzte Richtung gehen. Daher wird kein unnütz reflektiertes Licht auf das lichtempfangende Element treffen, was es möglich macht, eine Messung mit hoher Präzision zu erhalten.
Des Weiteren kann, da die Neigungseinstelldrehlaservorrichtung, welche den Neigungssensor 1000 verwendet, eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, eine kompakte Positionsmessvorrichtung vorgesehen werden.
Wenn ein Neigungssensor auf einen elektronischen Theodoliten 2000 usw. gesetzt wird, wie in 15 und 16 gezeigt, kann die Neigung der X-Richtung und der Y-Richtung des Vermessungsgeräts selbst detektiert werden.

Claims

Positionsmessvorrichtung, welche ein Dunkelfeldmuster (300) auf empfangenden Elementen (810, 820) empfängt, reflektiert von einem Flüssigkeitselement (600), welches eine freie Oberfläche aufweist, und eine zweidimensionale Position detektierend, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist ein optisches System (520) zum Aufspalten des Dunkelfeldmusters (300), reflektiert von dem Flüssigkeitselement (600) in eine erste Richtung und eine zweite Richtung; ein erstes Kondensorelement (710) zum Komprimieren des Lichts zu einer ersten Richtung von dem optischen System (520); ein zweites Kondensorelement (720) zum Komprimieren des Lichts zu einer zweiten Richtung unterschiedlich von der ersten Richtung; ein erstes Licht empfangendes Element (810) zum Empfangen des Musterbildes, komprimiert durch das erste Kondensorelement (710); und ein zweites Licht empfangendes Element (820) zum Empfangen des Musterbildes, komprimiert durch das zweite Kondensorelement (720); wobei das Dunkelfeldmuster (300) zusammengesetzt ist aus einem absoluten Muster, angeordnet in der Längsrichtung des jeweiligen ersten Kondensorelements (710) und des zweiten Kondensorelements (720).
Positionsmessvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Muster angeordnet ist, dass es eine konstante Breite bezüglich der ersten Richtung und der zweiten Richtung aufweist, und geordnet in einem regelmäßigen Intervall angeordnet ist, und wobei das absolute Muster angeordnet ist, dass es dieselbe Teilung und dieselbe Breite hat wie aus der senkrechten Richtung gesehen.
Positionsmessvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Muster ausgebildet ist aus zumindest einem ersten Muster, moduliert mit einer ersten Periode, und einem zweiten Muster, moduliert mit einer zweiten Periode unterschiedlich von der ersten Periode, bezüglich jeder der ersten und zweiten Richtungen, und wobei das erste Muster und das zweite Muster geordnet in einem regelmäßigen Intervall angeordnet sind.
Positionsmessvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Modulation des ersten Musters und des zweiten Musters ausgeführt wird durch eine räumliche Modulation, bei welcher die Linienbreite variiert ist.
Positionsmessvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei ein Halbspiegel (510) an einem optischen Pfad des Flüssigkeitselements (600) und an einem zweiten optischen System (420, 520, 710, 720) angeordnet ist.
Positionsmessvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das Flüssigkeitselement (600) integral mit dem Halbspiegel (510) ausgebildet ist.
Positionsmessvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein arithmetisches Operationsmittel (16) die Bewegung größer als das Teilungsintervall des Musters basierend auf dem absoluten Muster berechnet und auch die Bewegung kleiner als das Teilungsintervall durch Berechnung der Phase des Musters mittels einer Fourier-Transformation berechnet.
Positionsmessvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei das Muster ausgebildet ist aus einem einheitlichen dritten Muster (C) zusätzlich zu dem ersten Muster (A) und dem zweiten Muster (B), und wobei das erste Muster (A), das zweite Muster (B) und das dritte Muster (C) geordnet in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind.
Positionsmessvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das erste Kondensorelement (710) und das zweite Kodensorelement (720) und das erste Licht empfangende Element (810) und das zweite Licht empfangende Element (820) durch mindestens einen Flächensensor ersetzt sind.
Positionsmessvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, weiter aufweisend ein Neigungseinstellungsdreh-Lasergerät (5000), welches einen Laserprojektor (10) zum Projizieren eines Laserstrahls, Neigungsmittel (4300, 4400) zum Neigen des Laserprojektors in zumindest eine Richtung und Neigungsdetektionsmittel (1000) aufweist, wobei die Neigungsdetektionsmittel (1000) das Dunkelfeldmuster (300) aufweisen, welches eine Anordnung hat, um zweidimensionale Positionen anzuzeigen, wobei die Position an dem Dunkelfeldmuster (300) berechnet wird, basierend auf den empfangenen Lichtsignalen des ersten optischen Elements (710) und des zweiten optischen Elements (720), und wobei die arithmetischen Operationsmittel (16) zum Berechnen der Neigung die Neigung des Laserprojektors (10) festsetzen durch Antreiben der Neigungsmittel (4300, 4400), basierend auf der Neigung, die durch die arithmetischen Operationsmittel (16) berechnet ist.
Positionsmessvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei das Dunkelfeldmuster (300) zusammengesetzt ist aus einem zweidimensionalen Muster, angeordnet in regelmäßigem Intervall in den Längsrichtungen des jeweiligen ersten optischen Elements (710) und des zweiten optischen Elements (720), wobei das zweidimensionale Muster, angeordnet in jeder der Längsrichtungen, angeordnet ist, um die gleiche Breite zu haben wie aus der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung gesehen.
Positionsmessvorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei das Dunkelfeldmuster (300) angeordnet ist, um eine konstante Breite bezüglich der ersten Richtung und der zweiten Richtung zu haben, und geordnet in einem regelmäßigen Intervall angeordnet ist.
Positionsmessvorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 12, wobei das Dunkelfeldmuster (300) aus zumindest einem ersten Muster, moduliert mit einer ersten Periode, und einem zweiten Muster, moduliert mit einer zweiten Periode unterschiedlich von der ersten Periode, bezüglich jeder der ersten und zweiten Richtungen ausgebildet ist, und das erste Muster und das zweite Muster geordnet in einem regelmäßigen Intervall angeordnet sind.
Positionsmessvorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Modulation des ersten Musters und des zweiten Musters ausgeführt wird durch eine räumliche Modulation, bei welcher die Linienbreite variiert ist.
Positionsmessvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das arithmetische Operationsmittel (16) die Bewegung größer als das Teilungsintervall des Musters berechnet, basierend auf dem Muster, und auch die Bewegung kleiner als das Teilungsintervall berechnet durch Berechnung der Phase des Musters mittels einer Fourier-Transformation, wobei die Neigung berechnet wird.
Positionsmessvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 10 bis 15, wobei das erste optische Element (710) und das zweite optische Element (720) und das erste Licht empfangende Element (810) und das zweite Licht empfangende Element (820) durch mindestens einen Flächensensor ersetzt sind.
Positionsmessvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 10 bis 16, wobei das komprimierende optische Element (710) des ersten optischen Elements und das zweite optische Element (720) ersetzt ist durch ein zerstreuendes optisches Element.