CH667153A5

CH667153A5 - Verfahren und vorrichtung zum selbsttaetigen ausrichten eines zieles auf eine ziellinie zwischen dem ziel und einem messinstrument.

Info

Publication number: CH667153A5
Application number: CH699583A
Authority: CH
Inventors: Bernhard Dr Gaechter
Original assignee: Wild Heerbrugg Ag
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1983-12-30
Publication date: 1988-09-15
Also published as: DE3431880A1; DE3431880C2

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Ausrichten auf eine Ziellinie zwischen einem Zielpunkt und einem Messinstrument gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Erfindung findet vorzugsweise Anwendung in einem Verfahren zum automatischen Ausrichten eines Zielpunktes vom Instrumentenstandort aus oder zur selbsttätigen Grobausrichtung eines Zieles in einem Winkelmesssystem vom Zielstandort aus.

Bei der elektro-optischen Distanzmessung, z.B. in der Geodäsie, wird von einem Instrumentenstandort aus, meist einem Theodolit mit aufgesetztem oder integriertem Distanzmesser, der Zielpunkt angezielt. Ein Lichtstrahl wird vom Distanzmessgerät ausgesendet, am Zielpunkt reflektiert und empfangen. Aus der Laufzeit des Lichtstrahles oder bei modulierten Lichtstrahlen aus der Phasendifferenz wird die Distanz berechnet. Damit eine solche Distanzmessung über eine grössere Strecke genau durchgeführt werden kann, muss am Zielpunkt eine Zieltafel oder ein Zielreflektor auf den Instrumentenstandort ausgerichtet werden.

Damit bei der geodätischen Winkelmessung ein Zielpunkt auf grössere Distanzen gut sichtbar ist, verwendet man für diese Anwendung Zieltafeln. Auch diese müssen, wenn man den Zielpunkt von verschiedenen Richtungen anzielen will, ausgerichtet werden.

Statt von einem Instrumentenstandort, z.B. von einem Theodolit aus einen Zielpunkt anzuzielen, kann vom Zielpunkt aus der Theodolit grob angezielt werden, um dann mit einer automatischen Feinzielung vom Theodolit aus den genannten Winkel zum Zielpunkt zu messen.

Zur Durchführung derartiger Messungen ist es bekannt, vom Instrumentenstandort aus den Zielpunkt durch ein Fernrohr zu beobachten und die Zieltafel über Funk gesteuert zu drehen, bis die gewünschte Ausrichtung erreicht ist. Ferner ist es bekannt, die Ausrichtung mit Funkpeilung über eine richtungsempfindliche Antenne vorzunehmen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, die Messgenauigkeit weiter zu verbessern und das Messverfahren bzw. die Messvorrichtung dahingehend zu vereinfachen, dass die Bedienbarkeit und die Zuverlässigkeit der Messungen verbessert werden. Diese Aufgabe wird durch die im Patentspruch 1 definierten Merkmale gelöst. Dadurch werden die Genauigkeit der Winkelausrichtung sowie die Messgenauigkeit und die Zuverlässigkeit bei der Bedienung des Gerätes wesentlich verbessert.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Messvorrichtung in Prinzipdarstellung und

Fig. 2 einen Lichtempfänger.

Von einem Instrumentenstandort aus, z.B. von einem Theodolit 10 wird ein Ziel 20 anvisiert und mit einer Lichtquelle 30, z.B. einer Laserdiode, angestrahlt.

Am Ziel 20 sind Lichtempfänger 1 bis 6 um die Drehachse des Zieles X-X angeordnet. Die Ebenen der einzelnen Lichtempfänger bilden zueinander einen Winkel ai,2. Die Schnittgerade zwischen benachbarten Lichtempfängern ist parallel zur auszurichtenden Achse angeordnet.

Ist E die Bestrahlungsstärke am Zielstandort der anstrahlenden Lichtquelle, so ist der Strahlungsfluss <&' auf den Empfänger 1

<E>' = E-A-T cosai, wenn|ai | <90° ist,

wobei A die Fläche des Lichtempfängers, T die Transmission eines Filters vor dem Lichtempfänger und ai der Winkel zwischen der Normalen auf dem Lichtempfänger und der Richtung zum Instrumentenstandort ist, wobei a gegenüber der Wellenfront definiert ist.

Ist i(1) der Strom, den der Empfänger (1) liefert i«> = r®('>

wobei r die Empfindlichkeit des Empfängers ist, so wird

Ctj 2 (Xl-(X2

Ai = i(2) - i<» = + 2E• A• T sin — sin ( )

2 2

Diese Grösse stellt das Regelsignal y dar.

Ist der Winkel di = 012, so verschwindet das Differenzsignal Ai. Das Differenzsignal Ai wird in einer Recheneinrichtung C abgeleitet und als Regelgrösse zum Drehen des Zieles benutzt, bis Ai minimal ist. Dazu ist ein Motor M vorgesehen. Damit das Regelsignal Ai unabhängig von der Strahlungsintensität ist, wird Ai durch i<2) + i(1) = Ei dividiert.

Die weiteren Lichtempfänger (3), (4), etc., dienen zum Ansprechen der Einrichtung. Wenn die Lichtempfängerflächen (1) und (2) kein Licht von der Lichtquelle erhalten, wohl aber (3) oder (4), etc., so bewirkt eine Logik, dass sich das Ziel dreht, bis (1) und (2) ein genügend starkes Signal zum Regeln erhalten.

Die Genauigkeit der Winkelausrichtung wird hauptsächlich durch die atmosphärische Hintergrundstrahlung, durch die atmosphärische Turbulenz und die dadurch bewirkte Intensitätsschwankung des ankommenden Lichtes begrenzt, sowie durch die örtliche Inhomogenität der Bestrahlungsstärke am Ort des Empfängers, herrührend von der Lichtquelle.

Um den Einfluss der Hintergrundstrahlung zu reduzieren, bzw. um den Kontrast zu verstärken, wird vorzugsweise ein Filter vor den Detektoren angebracht, das nur die Licht weilenlänge der Lichtquelle durchlässt. Dadurch kann die Hintergrundstrahlung stark reduziert werden. Weiter wird die Lichtquelle AC moduliert oder noch vorteilhafter pulsmoduliert und die Empfängersignale synchron demoduliert.

Dadurch kann der Einfluss der Hintergrundstrahlung soweit reduziert werden, dass sie die Genauigkeit nicht mehr stark be-einflusst.

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Die atmosphärische Turbulenz bewirkt, dass das am Ziel ankommende Licht starken zeitlichen Intensitätsschwankungen unterworfen sein kann.

Diese Intensitätsschwankung ist räumlich, senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, über eine bestimmte Länge (Korrelationslänge) korreliert. Die beiden Lichtempfängerflächen (1) und (2), die die Genauigkeit der Winkelausrichtung bestimmen, sind vorzugsweise möglichst nahe innerhalb der Korrelationslänge p = l/XZ der Intensitätsschwankung angeordnet. Dadurch ist die momentane Intensitätsschwankung auf beiden

Lichtempfängerflächen gleich und das Regelsignal wird durch die Intensitätsschwankung nur wenig beeinflusst.

Eine einzelne Lichtempfängerfläche sollte aber möglichst grösser dimensioniert sein als die Korrelationslänge, damit die 5 Intensitätsschwankung über eine einzelne Lichtempfängerfläche so weit als möglich gemittelt wird.

Die beiden obigen Forderungen können optimal erfüllt werden, wenn die beiden Lichtempfängerflächen eine längliche Form besitzen und die Längskanten möglicht nahe sind (siehe io Fig. 2).

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I Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zum selbsttätigen Ausrichten eines Zieles auf eine Ziellinie zwischen dem Ziel und einem Messinstrument, wobei vom Messinstrument mit einer Lichtquelle das Ziel angestrahlt wird und am Ziel Intensitätssignale von benachbarten Lichtempfängerflächen einer Vergleichsoperation unterzogen werden, woraus ein die Ausrichtung des Zieles auf die Ziellinie definierendes Messsignal hergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Ziel zwei oder mehrere mit ihren Querkanten unter einem Winkel zueinander radial und mit ihren Längskanten parallel zur Drehachse des Zieles angeordnete Lichtempfängerflächen so lange gedreht werden, bis durch eine fortlaufende Messung die Signaldifferenz von zwei benachbarten Lichtempfängerflächen minimal wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle AC-moduliert oder pulsmoduliert wird und dass die Empfängersignale synchron demoduliert werden.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Ziel und einem Messinstrument mit einer Lichtquelle zum Anstrahlen des Zieles, dadurch gekennzeichnet, dass das Ziel zwei eine längliche Form besitzende benachbarte Lichtempfängerflächen (1, 2) aufweist, deren Längskanten dicht beieinander liegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass den Lichtempfängerflächen (1-6) ein auf die Wellenlänge der Lichtquelle (30) abgestimmtes Transmissionsfilter vorgeschaltet ist.