電子水準儀和與其配合使用的水準標尺的製作方法

2023-07-01 12:29:01

專利名稱：：電子水準儀和與其配合使用的水準標尺的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用來自動測定照準位置的電子水準儀和與這種電子水準儀配合使用的水準標尺。作為這種電子水準儀和與該電子水準儀一起使用的水準標尺，迄今例如已公開於下述日本公開的未審查專利申請文件No.4959/1995中。也就是說，水準標尺上有第一圖案和第二圖案，在第一圖案中，相同寬度的標誌以第一間距排布，而在第二圖案中，標誌以第二間距排布，第二間距與第一間距不同。對水準標尺進行照準以檢測第一與第二圖案，然後用模擬方式處理所檢測到的信號，由此獲得照準位置。在上述傳統的電子水準儀中，在對排布於該水準標尺上第一圖案與第二圖案所作的模擬處理的基礎上獲得照準位置。因此，可能會受到幹擾。例如，背景或水準標尺與電子水準儀之間的任何障礙物都會使測量無法進行。日本專利申請No.194321/1996公開了一種電子水準儀用的水準標尺，有多個條形標誌在沿水準標尺的縱向方向上相鄰設置，且相互平行。水準標尺縱向方向上這些條形標誌的寬度尺寸相等。各自相鄰條形標誌的間距比由多個整數表示。使來自各間距之比數列的一預定數目中連續選取的許多數值的排列不同於從該數列任意其它位置中所選取的排列。其中還公開了一種電子水準儀，它包括圖案檢測部分(或裝置)，用來檢測水準標尺上條形標誌的一列圖案；存儲部分(或裝置)，用來預先將該數列存入其中；和計算部分(或裝置)，它用來根據來自圖案檢測部分的檢測信號，得到各自相鄰條形標誌間距比的排列與存儲部分中數列的哪部分相一致(coincide)。這樣，由一致部分的位置獲得照準位置。在這種已有技術方案中，由於水準標尺上標誌的圖案列受到數位化處理，所以它比上述日本公開的未審查專利申請文件No.4959/1995中所公開的模擬處理型水準儀對幹擾的敏感度更小。但是，在上述日本專利申請No.194321/1996所公開的技術中，可能在水準標尺與水準儀之間存在障礙物。在一個標誌由此被隱藏在障礙物之後的情況下，不可能同時讀取分別位於隱藏標誌上側與下側上標誌的上間距與下間距。因此，不可能得到整數構成的排列，而需要用該排列從視準範圍內的圖象中獲得照準位置。另一方面，若使形成數列的整數種類增加，則可以減少所需用來測定照準位置的數字(figure)數目，即減小待抽取或選取以形成一排列的預定整數數目。這意味著存在於視準範圍內的標誌數目可更少。因此，即使水準標尺與電子水準儀間的間距變得更小而有一必然更小或更窄的視準範圍，測量仍可進行。另一方面，當整數的種類增加時，卻難以識別標誌。而且，當水準標尺與電子水準儀之間的間距較大時，在擾動的影響下會發生錯誤。因此，不可能很大程度地增大水準標尺與電子水準儀之間的間距。減少整數的種類有利於水準標尺與電子水準儀之間有一大間距。但是，這需要增大上述需要用來確定照準位置的預定數目。因此，不可能大幅度減小水準標尺與電子水準儀之間的距離。因此，本發明的目的在於解決上述問題。為實現該目的，根據本發明，提供一種電子水準儀用的水準標尺，在沿該水準標尺的縱向方向上相鄰設置多個條形標誌，所述標誌相互平行且垂直於該水準標尺的長度，其特徵在於所述標誌以一恆定間距排布；在該水準標尺縱向方向上該標誌的寬度尺寸由許多整數表示；以及從一個數列中選取的預定個數數值的一個排列，不同於從該數列任何其他部分中選取的另一個排列，而且該數列由寬度尺寸比的一個序列(sequentialarray)構成。在其中標誌間距有變化的已有技術中，若未能檢測出一個標誌，則如上所述不可能識別出兩個間距。相反，若標誌以一恆定間距排布，並通過改變標誌的寬度尺寸來獲得排列，則僅犧牲了對一個寬度尺寸的檢測，因位於水準標尺與電子水準儀之間的幹擾障礙物會防止檢測一個標誌。優選的是，至少兩種標誌的寬度尺寸設定在象這樣的接近值，即當電子水準儀與水準標尺之間的距離小於預定距離時，這些接近值使其間能進行識別。甚至當具有接近數值的標誌被識別或看作具有相同尺寸時，第二預定個數的一些數值的排列也不同於從所述數列任意其他部分選取的另一排列，且該第二預定個數的一些數值的排列不同於所述預定個數的一些數值的排列。那麼，可以減少待選取以構成該排列的標誌數目，因而，由於當水準標尺與電子水準儀之間的距離小的時候可清楚地識別所有標誌，所以能減小該距離。在水準標尺與電子水準儀之間的距離大的情況下，可以通過將至少兩種標誌的寬度尺寸定位判明或視作相同來使識別出標誌的距離變大。若把多個標誌的寬度尺寸視作具有相同尺寸，則減少了表示標誌寬度尺寸的整數種類。因此，增大了所需用來確定或定位照準位置的標誌數目。但是，當水準標尺與電子水準儀之間的距離大時，落入照準範圍之內的標誌數目較大，從而不會出現問題。當通過從天花板表面懸掛水準標尺來獲得從天花板到照準位置的距離時，在其中以一模擬處理方法得到照準位置的傳統技術中，不可能自動檢測出水準標尺處於倒轉狀態。因此，必須預先將水準標尺處於倒轉狀態的信息存入電子水準儀中，而且把用來處理通過視準標誌所得到的模擬信號的計算公式轉換為專門用於水準標尺倒轉狀態的另一公式。因此，優選設置的是，通過逆轉上述排列中數列的順序而得到的一個排列，不同於從整個水準標尺任意其他部分中選取的另一排列。按照這種設置，在水準標尺倒轉狀態下所獲得的排列中整數的順序，與水準標尺直立狀態下的順序相反。根據具有這種順序的排列並不存在這一事實，可以自動查出已將水準標尺置於倒轉狀態下。用來與這種水準標尺配合使用的電子水準儀優選包括一圖案檢測部分，用來檢測該水準標尺的一列圖案；一存儲部分，用來將數列預先存入其中；和一計算部分，用來根據來自圖案檢測部分的檢測信號獲得每個標誌寬度尺寸比的一個排列與存儲部分中該數列的哪部分相一致。特別是，在用來照準這種水準標尺的電子水準儀中，其中通過逆轉數列順序所得到的一個排列不同於從該數列任意其他部分選取的另一排列，不論水準標尺處於直立狀態還是處於倒轉狀態，由標誌的寬度尺寸比所構成的排列或其逆排列，均與存儲部分中的序列任意部分相一致。換句話說，若水準標尺處於直立狀態，則該排列對應於存儲部分中序列的任意部分，而若水準標尺處於倒轉狀態，則逆排列對應於存儲部分中序列的任意部分。當逆排列對應於存儲部分中序列的任意部分時，可以判定水準標尺處於倒轉狀態。通過參照以下在結合附圖考慮時的詳細描述，本發明以上和其他目的及其優點將變得很明顯，附圖中圖1是表示一水準標尺與一電子水準儀布置的示意圖；圖2是表示電子水準儀基本結構的方框圖；圖3是表示水準標尺表面上標誌排布的一個實例圖解；圖4是表示水準標尺表面上標誌排布的另一實例圖解。參見圖1，參考標誌1代表一水準標尺。該水準標尺1由一電子水準儀2照準，以便測量照準位置的高度「h」，水準標尺1具有以一恆定間距排布於白色表面上的黑色標誌11。通常使水準標尺1以其直立狀態(即以通常姿態)置於地板或地面上。有時還使其在如圖所示的倒轉狀態(即，頭朝下)時置於天花板「C」上。這樣，測量從天花板「C」到照準位置的距離「h」。下文也將該距離稱作與直立狀態情況下方式相同的照準位置高度「h」。雖然圖中未示出，但是在水準標尺1的背面上印有數字，以便操作者在用其眼睛進行照準的情況下也能使用水準標尺1。因此，不必擔心把水準標尺1的上下搞錯。如下文更詳細描述的那樣，在垂直方向上(即，在水準標尺的縱向方向上)所取標誌的寬度尺寸相互不等，但幾種寬度以一預定順序排布。參見圖2，電子水準儀2中配備有光學系統21和自動傾斜補償機構(補償器)22。光學接收的水準標尺1圖像由一分束器23分入行傳感器(linesensor)24。穿過分束器23的圖像構成一照準光學系統，而分入行傳感器24的圖像構成一成象光學系統。照準光學系統包括上述光學系統21、補償器22、分束器23、分劃板20a和目鏡20b。成象光學系統包括光學系統21、補償器22、分束器23和行傳感器24。行傳感器24將水準標尺1的光接收圖像轉換為電信號，並將它輸出至放大器25。把放大器25所放大的信號以與時鐘驅動器26的時鐘信號同步的方式傳送給一採樣保持裝置(S/H)27。通過採樣保持電路27的A/D(模擬/數字)轉換器，把保持在採樣保持裝置中的信號轉換為一數位訊號。把轉換為數位訊號的該信號存入隨機存取存儲器(RAM)28中。一微型計算機3根據存入RAM28中的信號確定每個標誌11的寬度尺寸。微型計算機3還根據標誌11寬度尺寸和預先存入只讀存儲器(ROM)31中的表值(tablevalue)來確定照準位置的高度「h」。驅動電路29是用來控制行傳感器24工作的電路。由於照準光學系統的光軸與成象光學系統的光軸相互重合設置，所以水準標尺1上的照準位置與成象光學系統中的照準位置相互重合。如圖3所示，水準標尺1上的標誌11以恆定間距「P」排布。若水準標尺1總長4m而標誌間距11為16mm，則水準標尺1上可容納249個標誌11。在本發明的優選實施例中，採用了六種標誌11，每種標誌的寬度尺寸分別為3mm、4mm、7mm、8mm、11mm和12mm。微型計算機3取得如上所述標誌11的寬度尺寸。根據本實施例，不用六種標誌11的實際寬度尺寸，而是使用如圖3「N」欄中所示的六種整數0、1、2、3、4、5對應於實際寬度尺寸。因此，採用六種整數的標誌11數列的一個實例如下表示··0,5,1,2,4,0,5,3,1,0,4,3,2,1,3,2··…(1)該數列應如此排列當通過從數列(1)中選取或抽取任意個整數來組成一個排列時，通過從數列(1)的一部分中抽取整數所組成的一個排列不同於通過從該數列的另一部分中抽取整數所組成的另一排列。另外，在水準標尺1垂直倒轉條件下所得到的排列應不同於在水準標尺1直立狀態下所得到的任何排列。因此，把從數列(1)中所抽取的整數個數確定為本發明優選實施例中的五個。這樣，從數列(1)左端部分所抽取的排列的一個實例如下表示…(2)但是，在採集五個整數的過程中，它們不必總是連續的。例如，若與從數列(1)左端起第三個整數相對應的標誌11被水準標尺1與電子水準儀2之間的障礙物擋住，則所要得到的排列可以是如下排列…(3)這裡，「*」是障礙物所擋住的一個未知整數。把與上述數列(1)中相同的數列作為一個表值存入ROM31中。確定該表值與排列(2)或排列(3)的哪部分相一致。然後，由一致的部分得到照準位置的高度「h」。在水準標尺1處於倒轉狀態的情況下，如下給出的排列(4)可通過照準其中得到排列(2)的位置來得到。…(4)如上文所述，由於如此設置排列(4)使得它與數列(1)的任何部分不相一致，所以在得到排列(4)時，微型計算機3將判定水準標尺1處於倒轉狀態並顯示出其效果。此外，微型計算機3將使排列(4)的順序逆轉，並將把排列(4)的順序轉換成一逆排列，該逆排列與排列(2)相同，從而把逆排列與數列(1)作比較。若水準標尺1與電子水準儀2之間的距離變大，則位於視準範圍內標誌11的數目增加，但每個標誌的圖像變小。由此，降低了識別的準確度。為了處理這一問題，根據本發明，進行以下排布。也就是說，當水準標尺1與電子水準儀2之間的距離已超過預定值(例如9m)時，根據水準標尺1的圖像大小，將兩種寬度尺寸的標尺11處理或視作具有相同的尺寸。例如，如圖3「F」中所示，將3mm和4mm識別為具有相同的尺寸，從而使它們對應於0；將7mm和8mm識別為具有相同的尺寸，從而使它們對應於1；而將11mm和12mm識別為具有相同的尺寸，從而使它們對應於2。照這樣，上述由六種整數所表示的數列(1)可由三種整數表示如下··0,2,0,1,2,0,2,1,0,0,2,1,1,0,1,1,..…(5)除數列(1)外，還將數列(5)存入ROM31。由於形成數列(5)的整數種類減少到三種，所以必須增大待抽取以形成排列的整數數目。根據本發明的優選實施例，抽取八個整數以形成排列，由此可得到通過從數列(5)左端抽取八個整數而形成的以下排列…(6)另外，當由於一些(如兩個)標誌11被擋在一障礙後面而不能識別它們時，可以通過抽取不連續的八個整數來形成如下排列(7)…(7)這樣，通過找出排列(6)或排列(7)與存入ROM31中數列(5)的哪部分相一致，來確定照準位置的高度「h」。當水準標尺1用於倒轉狀態時，把如上得到的排列逆轉為逆排列，通過該逆排列和數列(5)可確定照準位置的高度「h」。在圖3的實施例中，當水準標尺1與電子水準儀2之間的距離短時，數列(1)由六種整數0-5構成。另一方面，當上述距離長時，數列(5)由三種整數0-2構成。但是，如圖4所示，可以用具有例如3mm、4mm、6mm、8mm、10mm和12mm的六種寬度尺寸標誌11的水準標尺1。當上述距離大時，將3mm與4mm識別為具有相同尺寸，由此由五種整數0-4構成該數列。還有，還可以用諸如3mm、4mm、5mm、8mm、10mm和12mm之類的六種寬度尺寸的標誌11。當上述距離大時，將3mm、4mm和5mm識別為具有相同尺寸，從而使它們對應於0，由此由四種整數0-3構成該數列。如本文以上所述，在本發明的水準標尺與電子水準儀中，照準位置的高度是以基於標誌寬度尺寸的整數排列為基礎而得到的。因此，它並不受幹擾。另外，由於根據水準標尺與電子水準儀之間的距離使形成排列的整數種類增加或減少，所以可以擴大水準標尺與電子水準儀之間的可測距離範圍。權利要求1．一種電子水準儀(2)用的水準標尺(1)，在沿該水準標尺(1)的縱向方向上相鄰設置多個條形標誌(11)，所述標誌(11)相互平行且垂直於該水準標尺(1)的長度，其特徵在於所述標誌(11)以一恆定間距(P)排布；在該水準標尺(1)縱向方向上標誌(11)的寬度尺寸由許多整數表示；以及從一個數列中選取的預定個數數值的一個排列，不同於從該數列任何其他部分中選取的另一個排列，而且該數列由寬度尺寸比的一個序列構成。2．根據權利要求1的水準標尺(1)，其中至少兩種標誌(11)的寬度尺寸設定在象這樣的接近值，即當電子水準儀(2)與水準標尺(1)之間的距離小於預定距離時，這些接近值使其間能進行識別；甚至當具有接近數值的標誌(11)被識別成具有相同尺寸時，其中第二預定個數的一些數值的排列也不同於從所述數列任意其他部分選取的另一排列，且該第二預定個數的一些數值的排列不同於所述預定個數的一些數值的排列。3．根據權利要求1的水準標尺，其中通過逆轉上述預定個數數值的排列中數列的順序而得到的一個排列，不同於從整個水準標尺(1)任意其他部分中選取的另一排列。4．根據權利要求2的水準標尺，其中通過逆轉上述排列中數列的順序而得到的一個排列，不同於從整個水準標尺(1)任意其他部分中選取的另一排列。5．一種與權利要求1至4中任一權利要求的水準標尺(1)配合使用的電子水準儀(2)，包括一圖案檢測部分，用來檢測該水準標尺(1)的一列圖案；一存儲部分，用來將數列預先存入其中；和一計算部分，用來根據來自圖案檢測部分的檢測信號獲得每個標誌寬度尺寸比的一個排列與存儲部分中該數列的哪部分相一致。6．一種與權利要求3或4中水準標尺(1)配合使用的電子水準儀(2)，包括一圖案檢測部分，用來檢測該水準標尺(1)的一列圖案；一存儲部分，用來將數列預先存入其中；一計算部分，用來根據來自圖案檢測部分的檢測信號獲得每個標誌寬度尺寸比的一個排列與存儲部分中該數列的哪部分相一致；和第二計算部分，用來獲得存儲部分中該數列的哪部分與所述每個標誌寬度尺寸比的排列和通過逆轉所述排列方向得到的逆排列二者之一相一致。全文摘要一種電子水準儀(2)用的水準標尺(1),在沿該水準標尺(1)縱向方向上相鄰設置有多個條形標誌(11),所述標誌(11)相平行且垂直於水準標尺(1)的長度。這些標誌(11)以一恆定間距(P)排布。該水準標尺(1)縱向方向上標誌(11)的寬度尺寸由許多整數表示。從一數列中選取的預定個數數值的一個排列,其排布不同於從該數列任意其他部分中選取的另一排列,而且該數列由寬度尺寸比的一個序列構成。文檔編號G01C15/06GK1228527SQ9812534公開日1999年9月15日申請日期1998年12月18日優先權日1997年12月19日發明者千葉稔申請人:株式會社索佳