距離測量裝置、測距儀及其固定件的製作方法
2023-10-19 16:08:12 1
專利名稱：距離測量裝置、測距儀及其固定件的製作方法
技術領域：
本發明涉及如權利要求1前序所述的距離測量裝置以及如權利要求5前序所述的用於該距離測量裝置的測距儀和如權利要求7前序所述的用於該距離測量裝置的固定件。
背景技術：
具有一個由測距儀且最好是雷射測距儀和一用於定位並固定測距儀的支座構成的組件的距離測量裝置是眾所周知的並被用在許多領域中。支座使得測距儀與一相關的基準點精確定位，從而各種測量可以被轉入一個共同的參考系。另外，支座確保在測量過程中的穩定定位。
在這裡，這樣一個點可被定為基準點，即它用作測距參考點，即所有由測距儀實際測得的值必須經過換算，從而使這些值對應於參考系中的距離。通常，當放置在一個點如建築物中的牆壁上時，還必須要考慮到測距儀的殼體部，以及或許要考慮到測距儀定位可能所需的裝備。
現有技術中的支座主要被設計成三腳架形式，測距儀藉助螺紋和螺紋套被固定住，在這裡，通常要確保可繞兩個軸線(水平軸線和垂直軸線)運動的可能性。這種支座尤其被用在大地測量領域裡。
在其它領域裡，為獲得對另一物體的精確測距，也需要按規定地將測距儀安放在一個物體或一參考點上。尤其是在建築領域中的用途要求測量在各式各樣的表面和參考點的情況下都能有很高的精度。這樣的測量例如是建築物間距、屋頂高度或開口內徑。根據建築結構，測量也必須經常從角落起地進行，由此對測距儀的尺寸和可操作性提出了特殊要求。由於地基經常具有複雜的結構，結果，很難精確安放並進而定位測距儀。例如，孔、邊緣、拱形或鐵絲網使得儀器的精確定位變得困難。也可能出於需要，要能夠測量液面例如房屋中的水位，但這種液面測量無法只藉助現有技術的測距儀而不利用費事的輔助裝置(mittel)地來進行。
因此，對支座的主要要求就是與一個點有關地或在一個平面裡定位測距儀，由此可以將各次測量轉入一個統一的參考系中。此外，通過機械式牢固固定，提高了在測量過程中可得到的精度。
在這種情況下，主要的困難就是確定無疑地將儀器放置到待測基準點上並且在測量目標時機械強度足夠高地固定儀器。如果在基準點難接近的情況下，如在褶皺表面上，或者當目標具有不利的表面如很軟或彎曲的表面時，這樣的明確安放只能很困難地做到。除了測量點的可接近性外(這例如可通過一個簡單的摺疊芯杆(Dorn)來確保)，還要求在測量中牢固地固定測量儀。為此所需的輔助裝置經常造成理想測量點放置上的偏差。決定了無法理想地安放到測量點上。測距儀必須藉助一個支座或一個支承構件來定位。為了可以使測距儀不直接放置在真正的待測點上，至少必須知道實際測量點距該點的距離。
如果在安放時採用一個如也能假定從測量技術設備的其它領域中知曉的測量固定件，則在測量時必須考慮到由該測量固定件造成的距測量點的附加間距。
實現這樣的測量系統因不同的技術條件而有所變化。對測量儀的要求就是它要有良好的操作性、必要的精度以及小型的尺寸，小型的測量儀能夠到達並測量所有的相關區域。
為此所用的主要是手持式的雷射測距儀得到了廣泛使用。這種類型的儀器例如在EP0738899B1中描述了。
在大多數的情況下，將測距儀精確定位在待測目標上是成問題的。因此，例如當要保留作為平坦反射面的牆壁面的優點時，一塊平滑牆壁與一根管之間距離的測量就要求將測距儀安放到一個彎曲面上。
發明內容
本發明的技術任務在於提供一種裝置及其組成部分即測距儀和固定件，該裝置確保了明確無疑且足夠牢固地將測距儀安放到能有幾乎任何形狀的表面上。
根據本發明，根據權利要求1、5和7的特徵來完成該任務。從屬權利要求的特徵給出了該距離測量裝置的有利的替換實施形式和改進方案。
根據本發明的主題，在一個最好是手持式的測距儀上安裝一個可更換的固定件，它的面朝著要由其測量的目標的那一側可以儘可能地匹配於測距儀。因此，不僅可以獲得相對待測基準點的精確定位，而且可以實現牢固地安放在表面上。
由距離測量裝置定位決定的測量點與基準點的分開決定了由測距儀測定的距離的修正。如果作為修正數據精確知道了所需的固定件質量，則這種修正也可以通過一個微分計算器來自動計算。
此外，原則上可以在一個替換實施方式中省掉微分計算器並且結合固定件的給定數據而外部計算出所需的修正量。
原則上，通過本發明的裝置，也可以用唯一一次測量來同時計算出距多個基準點的距離。
固定件的可儘可能自由設計的目標側允許為所有形狀和表面提供固定件。將一個作為固定件的浮標用於測量液面距參考目標的距離是可以實現的。
一個特別易操作的實施形式是，固定件具有可調節的通用支承部。它例如可以被設計成伸縮臂的形式，該伸縮臂在其支承到待測目標上後自動測量其長度並且自動傳送該測量值，以便計算出修正量。
另一個有利的應用可能性就是計算距原則上無法接近的點如管軸線的間距。一個作為固定件的並有特定口徑的皮碗允許將距離測量裝置安裝在一個管上。隨後，可以直接修正測量值，從而得出距管中心的距離。通過這種方法，尤其是在大型測量裝置的情況下，明顯簡化了計算並縮短用時。此外，在上述伸縮臂的例子中，皮碗可以被設計成可調節的。
可更換固定件的另一個有利應用可能性是作為固定件地被用於一個支座，該支座用作測量裝置的安放點。在這種情況下，在大地測量應用場合中，三腿式三腳架大多被用作測距儀的支承固定座。在這裡，被裝上的測距儀可以繞一個垂直軸線轉動地支承著，從而通過繞該軸線的運動，一個平面被繃緊，該平面大多可通過在三腳架中的可調性被校準成水平的。
為了測量在該測距儀與該支座有關的水平轉動平面外的兩個或更多個點，必須使測距儀繞一個水平軸線轉動。通過兩個重疊點的測量，原則上可以確定其落差。
雷射測距儀的技術現狀是，一個螺紋套垂直於測距儀的發射軸線，三腳架座的一個螺栓被擰入該套中。這樣一來，測量裝置和三腳架彼此連接，從而測距儀可以繞一個穿過連接部並與之垂直地取向的軸線轉動地支承著。
由於轉動軸線和雷射發射軸線或雷射探測軸線在定位這樣的結構時沒有共同交點，所以在轉動時出現了在測距儀參考點和三腳架之間的有差異的定位，為了進行很精確的測量，這必須通過計算來補償。
技術任務在於提供這樣一種裝置，它允許可繞一水平軸線和一垂直軸線轉動地將測距儀安裝在支座上並最好是三腳架上，從而不需要因轉動引起的測量距離的修正。
根據本發明，通過權利要求10特徵部分的特徵來完成該任務。從從屬權利要求的特徵中得到了該裝置的有利實施方式和改進方案。
根據本發明的主題，由一個最好是手持式的測距儀和一個最好是可更換的固定件構成一個距離測量裝置。該裝置被固定在一個支座上。此外，固定件被安裝在測距儀上，從而確保了機械強度高並且與支座相關地可繞至少一個軸線轉動地連接測距儀和支座。
根據本發明，固定件起到與支座有關地定位測距儀的作用。從而測距儀的所有轉動軸線與支座有關的交點都位於一個用於距離測量的光路的軸線上或其多個軸線之間。
如果轉動軸線和用於測距的軸線在一點相交，則該交點可被用作測距基準點並且可以不需要修正。如果所有轉動軸線的焦點位於測距用光路的多個軸線之間，則儘管原則上還出現因轉動引起的略微偏差，但如果足夠接近並行的光路，則這些偏差可以忽略不計。
本發明固定件的一個可行的實施方式的例子就是將不歪斜的固定件安裝在常件的手持式雷射測距儀的與發射雷射相對的那側上。該固定件藉助螺紋和螺紋套被固定在一個三腳架上，從而一裝在固定件上的軸例如一鉸鏈位於測距用光路的軸線上。
因此，對固定件的主要要求就是與一個或多個轉動軸線相關地定位測距儀，這些軸線原則上可以被安置在固定件或支座上。
在這種情況下，困難的是，明確安放到由軸線交點而定的基準點上。由於測距儀因有固定件而無法直接被裝到基準點上，所以必須知道由固定件引起的距該點的附加距離。
計算所需的電子電路原則上可以以模擬電路或數字計算機的形式裝入該裝置中。因此，可以通過電路修改或通過在數字計算機中使用修正數據而通過計算來進行修正。此外，修正數據原則上在開始測量作業時被調出並手動輸入或自動讀入，在暫存於計算機中後，這些數據總是新的，以用於計算。
但是，也可以在每次新的所需計算時持續調用數據，一個因很易於使用而很有利的實施方式就是利用修正數據的讀入來自動識別固定件。
根據本發明，如果該裝置具有計算修正量的機構，則可以直接給出修正值或所需的修正距離。如果固定件具有一個可自動探測的標誌，則測距儀識別當時安裝的部件並可以無須附加輸入地在裝到目標上後獨立計算出修正量。此外，所需的固定件數據可存貯在其自身中或在測距儀裡。計算修正距離或所需修正距離的機構原則上也既可以安裝在測距儀，也可安裝在固定件內或兩者中。
數據存儲和修正量計算的地點取決於該裝置的精密設計。因此，可以實現標準化測距儀，複雜的並可多次調節的固定件可被安裝在其上，這些固定件由不同的生產廠家提供，部分只適用於很專業的用途。對這些狀況來說，在固定件中進行計算帶來以下優點，即所有所需的廠家專用數據只能存儲在可更換的固定件裡並只涉及距比較標準化的測量裝置的測定距離。但不利的是，這種解決方案影響到固定件的複雜性。
在測距儀中進行測量的可行方案帶來了固定件簡單且廉價的優點，但又決定了要在測距儀中存儲類型專一的數據或在固定件中存儲和傳輸給測量裝置。但是，如果要用有可調部件的固定件來完成工作，則該解決方案是有利的，因為在任何情況下，必須傳輸總是當前的調節值或修正值。
固定件識別原則上可以通過各種方式進行，其中不僅可以不存儲信息地進行單純的固定件識別，而且可以傳輸存儲於智能型固定件中的數據。
例如，可以簡單地通過機械方式而不需要在其中存儲數據地識別出在插接實施形式中的固定件的當時類型。在這裡，這種識別例如可以通過一個在一組成部分中的專用插頭或一些銷在各自其它組成部分中的位置來完成，銷是否在其位置上保證了一個二進位編碼。
另一個可能性是安裝磁鐵，可以根據磁鐵位置推斷出固定件類型。磁鐵探測例如可以在使用霍爾器件的情況下進行。
相反，例如電子式的變型方案允許使用微分轉換電路和存儲晶片，通過它們，可以在固定件中存儲大量數據並且在需要時通過測量裝置讀出。這同樣適用於光學式或電磁式存儲媒體，例如磁條。數據傳輸例如可以通過電觸點或通過電磁輻射如藉助振蕩環路來實現。後一種可能性的優點是，固定件能夠被設計成沒有外觸點，由此簡單地實現了測距儀和固定件的封裝，從而外界環境如刻酷的自然環境如溼度或沙塵對裝置使用的影響被消除了。
本發明裝置的目的是，在測距精度保持不變或更高的情況下，獲得明顯改善的操作性以及用時更短。
以下，結合附圖示意所示的實施例來簡單地舉例詳細說明本發明的裝置，其中圖1是帶有兩個可更換固定件的距離測量裝置的總體圖；圖2表示帶有一個特殊成形的固定件的該裝置的用途的一個例子，該固定件能夠實現安裝在一管上；圖3表示藉助磁鐵和霍爾器件識別各固定件的一個可行方式；圖4表示藉助電子存儲晶片識別各固定件的另一可能性；圖5是由測距儀和用於與一支座連接的固定件構成的本發明裝置的總體圖；圖6表示由該裝置和一舉例示出的作為支座的三腳架支座構成的總裝置的運動可能性。
圖7表示在測量點存在垂直落差時的本發明裝置的功能和現有幾何形狀情況，該裝置具有一用於與一支座連接的固定件；圖8表示在測量點存在垂直落差時的根據現有技術的類似裝置的功能和現有幾何形狀情況；圖9表示在帶有一用於與一支座連接的固定件的本發明裝置以及在現有技術的裝置中的不同幾何形狀情況；附圖標記一覽表1-測距儀；2-雷射束；2』-雷射探測器；3-第一固定件；3』-第二固定件；3」-第三固定件；4-安放芯杆；4』-隆凸凹槽；5-磁鐵；6-磁場導體；7-霍爾器件；8-磁場線；9-存儲器晶片；10-電子線路；11-電磁信號；12-水平轉動軸線；12』-垂直轉動軸線；13-三腳架；14-雷射測距儀的縱軸線；15-第一測量位置；16-第二測量位置；17-修正量；A-管；B-水平轉動軸線和垂直轉動軸線的交點；C-下測量點；D-上測量點；具體實施方式
圖1示出了將一個第一固定件3和一個第二固定件3』裝到一個測距儀1上的可行方式。在這裡，可更換的安裝例如在與發出雷射束2相反的那側上進行，但是，也不就此排除裝到測距儀1的另一個部位上的可能性。根據不同的表面，第一固定件3和第二固定件3』得到優化。例如，第一固定件3如圖所示地具有一個用於安放到孔或角中的安放芯杆(Dorn)4，第二固定件3』如圖所示地具有一個用於安放到管或其它球體上的隆凸凹槽4』。隆凸凹槽4』的一個可調節的實施方式使得安放到具有不同曲率半徑的表面上成為可能。
圖2舉例示出了第二固定件3』被用於將本發明的裝置明確放置到一彎曲安放面如管A上的情況。通過機械式固定連接這兩個裝置組成部分即測距儀1和第二固定件3』，可以相對管A明確地定位測距儀。
通過測距儀1識別第一固定件3或第二固定件3』例如可以通過圖3所示的使用磁鐵5和霍爾器件7來實現。在第一固定件3或第二固定件3』中，在不同的但一一對應於各固定件的位置上，安裝上磁鐵5。磁鐵的磁場可以通過在測距儀1中的且用於霍爾器件7的磁場導體6探測到。在所示例子中，兩個霍爾器件7中的一個分別只識別一個由專門為第一固定件3或第二固定件3』安設的磁鐵5發出的磁場。因此，可以只通過確定這兩個霍爾器件7中之一的信號，就能準確無疑地識別出第一固定件3或第二固定件3』。
圖4所示的藉助存儲器晶片8的識別方式是另一個可行方案。在第一固定件3和第二固定件3』中，分別有一個如電子式的存儲器晶片8，在該晶片中存儲有專用於第一固定件3和第二固定件3』的數據。這些數據可以作為電磁信號11來傳輸並且由一個在這個例子中是位於測距儀1中的電子線路9接收並繼續處理。
圖5示意表示一個本發明的裝置，其中一個固定件被用作該固定件，該裝置包括一個雷射測距儀1和一個在此例如是三腿式的三腳架，測距儀在其與雷射束2相反的那側上被固定在一個可更換的固定件3」上。在雷射測距儀1和三腳架13之間的連接通過可轉動地支承在一個水平軸線12與一垂直軸線的交點B處的固定件3」來進行。雷射束2和雷射探測器2』的軸線是同軸的或彼此很接近並且經過了或緊挨著轉動軸線的交點經過。
在圖6中示出了相互連接的組成部分及測距儀1和固定件3」可繞一水平軸線12和一垂直軸線12』轉動的可能性。
圖7表示將本發明的裝置和一個舉例示出的三腳架用於測量一個下測量點C和一個上測量點D之間的落差。由測距儀1和固定件3」構成的裝置在水平軸線12和垂直軸線的交點B處可繞水平軸線12轉動地與三腳架5連接。在藉助雷射束2測量完距測量點C的距離後，使該裝置繞水平軸線12轉動並且以相同方式測量距上測量點D的距離。根據這兩個距離和位於其間的角度的識別結果，可以算出落差。
在圖8中示出了利用現有技術裝置的相似工作方式。現在，雷射測距儀1的水平軸線12明顯在雷射束2的軸線的下面。
圖9示出了這兩種裝置的精確比例和差別。在圖9a中，垂直軸線和水平軸線12在交點B處與雷射測距儀1的縱軸線14重合。在這裡，縱軸線14的走向平行於並緊挨著距離測量裝置的照準線。在圖9b所示的現有技術裝置中，雷射測距儀1的縱軸線位於垂直軸線和水平軸線12的交點外。如果取雷射測距儀1的與雷射束射出方向相反的底面為參考點，則必須在雷射測距儀從第一測量位置15翻轉到第二測量位置16後為測量間距考慮一個修正量17，因為參考點本身就與交點B的間距而言已改變了。
權利要求
1.距離測量裝置，它包括一個尤其是手持式的測距儀(1)和一個可更換的並最好是可安裝的固定件(3；3』；3」)，其中測距儀(1)可以通過固定件(3；3』；3」)與一個基準點相關地被特殊定位，其特徵在於，固定件(3；3』；3」)具有一個單一地屬於該固定件的標誌；設有修正機構，在測量距離時通過該修正機構來考慮由固定件(3；3』；3」)造成的與該基準點相關的特殊定位；其中所述機構可以位於測距儀(1)中，或是在固定件(3；3』；3」)中或兩者中。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，通過該修正機構來結合該標誌地自動識別固定件(3；3』；3」)。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其特徵在於，該修正機構包括用於計算一個測量值並直接依靠計算來修正該測量值和/或計算並顯示在測量中要考慮的修正值的裝置，其中可以給出與該基準點或與一個或多個與該基準點相關的點有關的值，該修正機構包括挑選要計算的點的裝置。
4.如權利要求2或3所述的裝置，其特徵在於，該標誌由以下的專門設計用於各固定件(3；3』；3」)的裝置中的至少一個構成，即-機械的，最好是成插接頭形式-電的，最好是成積分轉換電路或存儲器晶片(8)的形式，-光的，-電磁的，最好成磁條形式，-磁的，最好通過安裝多個磁鐵(5)並測量其位置，如使用霍爾器件(7)。
5.用於如前述權利要求之一所述裝置的測距儀(1)，其特徵在於，測距儀(1)具有一個裝置，在測量距離時通過該裝置來考慮與一個基準點相關的特殊定位，其中所述定位通過一個固定件(3；3』；3」)來實現，該固定件可結合一個單一地配屬於它的標誌來識別。
6.如權利要求5所述的用於一個裝置的測距儀(1)，其特徵在於，為了考慮特殊定位，該測距儀(1)包括用於依靠計算來修正一個測量值的裝置和/或用於顯示一個在測量中要考慮的修正值的裝置，其中可以給出與該基準點或與一個或多個與該基準點相關的點有關的值。
7.用於如權利要求1-4之一所述裝置的固定件(3；3』)，其特徵在於，固定件(3；3』)在其安放面和一個用於一測距儀(1)的支座之間確定出精確距離，固定件(3；3』)具有一個單一地配屬於該固定件的標記。
8.如權利要求7所述的固定件(3；3』)，其特徵在於，通過一個測距儀(1)並結合該標記來進行固定件(3；3』)的自動識別。
9.如權利要求8所述的固定件(3；3』)，其特徵在於，該標誌由以下裝置中的至少一個構成，即-機械的，最好是成插接頭形式-電的，最好是成積分轉換電路或存儲器晶片(8)的形式，-光的，-電磁的，最好成磁條形式，-磁的，最好通過安裝多個磁鐵(5)並測量其位置，如使用霍爾器件(7)。
10.用於如權利要求1-4之一所述裝置的並將一個測距儀(1)固定在一個支座上的固定件(3」)，其中測距儀(1)與該支座有關地可繞至少一個水平轉動軸線(12)轉動地支承著，其特徵在於，固定件(3」)被設計成是可更換的，固定件(3」)在該支座和測距儀(1)之間限定出精確距離，測距儀(1)通過一個固定件(3」)如此與該支座連接，即一條要用於距離測量的且在測距儀(1)和待測目標之間的照準線的一個軸線或者一個在要用於距離測量的且在測距儀(1)與和待測目標之間的多條照準線的多個軸線之間平行延伸的軸線與該轉動軸線相交。
11.如權利要求10所述的固定件(3」)，它具有測距儀(1)相對該支座的至少一個附加的垂直轉動軸線，其特徵在於，測距儀(1)通過一個固定件(3」)如此與該支座連接，即這兩個轉動軸線的交點(B)位於一條要用於距離測量的並在測距儀(1)和待測目標之間的照準線的一個軸線上或者在要用於距離測量的並在測距儀(1)和待測目標之間的多條照準線的多個軸線之間。
12.如權利要求10或11所述的固定件(3」)，其特徵在於，固定件(3」)具有至少兩個不同的並且與以下可調節性中的至少一個有關的可調整狀態，-繞固定件(3」)的縱軸線(14)的轉動，-固定件(3」)長度改變。
13.如權利要求11或12所述的固定件(3」)，其特徵在於，固定件(3」)具有一個單一地配屬於它的標誌，可以通過該標誌並利用測距儀(1)來進行自動識別。
14.如權利要求13所述的固定件(3」)，其特徵在於，該標誌由以下裝置中的至少一個構成，即-機械的，最好是成插接頭形式-電的，最好是成積分轉換電路或存儲器晶片(8)的形式，-光的，-電磁的，最好成磁條形式，-磁的，最好通過安裝多個磁鐵(5)並測量其位置，如使用霍爾器件(7)。
全文摘要
距離測量裝置具有一個屬於該裝置的測距儀(1)和一個固定件(3；3』；3」)，它們能夠實現精確且機械強度高地安放到任何形狀的表面上。在測距儀(1)上裝上可更換的固定件(3；3』；3」)，它們在其面向待測目標的那側上是如此形成的，即可以實現精確地安放到當時的目標表面上。固定件的另一個用途就是將一個測距儀(1)固定在一個支座上，其中測距儀(1)在使用狀態下與該支座相關地可繞至少一個水平軸線(12)轉動地支承著。如此形成固定件(3」)，即可以調整該裝置並隨後測量不同測量點(C；D)，而不必因調整而考慮幾何形狀變化。
文檔編號G01S7/497GK1507552SQ01821073
公開日2004年6月23日 申請日期2001年12月17日 優先權日2000年12月21日
發明者格哈德·博格爾, 託馬斯·博斯, 博斯, 格哈德 博格爾 申請人:萊卡地球系統公開股份有限公司