ZIMMERMANN, Thomas (Johann-Von-Werth Str. 1, Muenchen, 80639, DE)
| Ansprüche 1. Markierungsvorrichtung aufweisend zumindest eine Projektionsvorrichtung, die eine vertikale Achse definiert und die mindestens eine Lasereinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, eine erste Laserebene und eine zweite Laserebene zu emittieren, wobei die erste Laserebene und die zweite Laserebene zueinander geneigt sind und so angeordnet sind, dass sie sich entlang einer ersten Schnittgeraden schneiden, wobei die erste Schnittgerade senkrecht zur vertikalen Achse verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsvorrichtung ein Basiselement und ein die mindestens eine Lasereinrichtung aufweisendes Projektionselement aufweist, wobei das Projektionselement relativ zum Basiselement stellbar, insbesondere motorisch stellbar, ist. 2. Markierungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionselement relativ zum Basiselement rotierbar, insbesondere motorisch rotierbar ist. 3. Markierungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionselement relativ zum um eine Achse senkrecht zur Projektionsebene rotierbar ist. 4. Markierungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionselement relativ zum Basiselement höhenverstellbar, insbesondere motorisch höherverstellbar ist. 5. Markierungsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lasereinrichtung pendelbar in der Vorrichtung angeordnet ist. Markierungsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Verriegelungsmittel vorgesehen sind, die es erlauben, das zumindest eine Laserpendel in der Vorrichtung zu arretieren. Markierungsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das Mittel vorgesehen sind, die es ermöglichen, das Projektionselement gegenüber dem Basiselement zu neigen. 8. Markierungsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsvorrichtung mindestens eine wei- tere Lasereinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, eine dritte Laserebene und eine vierte Laserebene zu emittieren, wobei die dritte Laserebene und die vierte Laserebene so angeordnet sind, dass sie sich entlang einer zweiten Schnittgeraden schneiden, wobei insbesondere die zweite Schnittgerade parallel zur vertikalen Achse verläuft. System zur Vermessung einer Oberfläche aufweisend zumindest eine Markierungsvorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie zumindest eine Detektionsvorrichtung zur Bestimmung des Abstands zweier Laserebenen entlang einer Messgeraden. 10. System nach Anspruch 9, wobei die Detektionsvorrichtung eine Zeilenkamera aufweist. 11. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche 9 oder 10, weiter aufweisend eine Vorrichtung zum Bestimmen des Abstands zwischen der Projektionsvorrichtung und der Detektionsvorrichtung. 12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungseinrichtung einen optischen Entfernungsmesser, insbesondere einen Laserentfernungsmesser, aufweist 13. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche 9 bis 12, wobei die Projektionsvorrichtung und/oder die Detektionsvorrichtung eine Kommunikationseinrichtung aufweisen. 14. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche 9 bis 13, weiter aufweisend mindestens eine Anzeigevorrichtung. 15. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche 9 bis 14, wobei die Höhe der Schnittgeraden relativ zu einem Gehäuseteil der Projektionsvorrichtung verstellbar ist. 16. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche 9 bis 15, wobei die Projektionsvorrichtung eine Nachführeinrichtung aufweist, die Bewegungen der Detektionsvorrichtung relativ zur Projektionsvorrichtung in der Horizontalen und senkrecht zur Schnittgeraden erkennt und eine Drehung des Projektionselements relativ zum Basiselement bewirkt, um die erste Schnittgerade der Detektionsvorrichtung nachzuführen. |
Markierungsvorrichtung und System zur Bodenvermessung Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Vermessung einer Oberfläche, insbesondere einer Bodenoberfläche, um die Neigung und/oder Unebenheiten der Oberfläche zu bestimmen.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2006/088715 AI ist eine Vorrichtung zur Überprüfung von Bodenunebenheiten bekannt, die zwei Laserebenen aussendet, welche zueinander so geneigt sind, dass sie sich in einer horizontalen Geraden auf Höhe der Unterseite des Gehäuses der Vorrichtung schneiden. Die Projektionseinrichtung ist dabei pendelnd aufgehängt. Wenn die Vorrichtung auf einer ebenen horizontalen Fläche steht, ist auf deren Oberfläche die Projektion genau dieser Schnittlinie zu sehen. Wenn die Neigung der Fläche, auf der die Vorrichtung steht, von der Horizontalen abweicht, so sind auf der Oberfläche die Projektionen der beiden Ebenen getrennt voneinander zu sehen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Markierungsvorrichtung sowie ein System zu entwickeln, um die Neigung oder Unebenheiten einer Oberfläche einfach quantitativ bestimmen zu können, um dadurch beispielsweise einfach ein Neigungsprofil der Oberfläche erstellen zu können. Offenbarung der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Markierungsvorrichtung weist eine Projektionsvorrichtung auf, die eine vertikale Achse definiert. Die vertikale Achse kann dabei beispielsweise durch das Gehäuse definiert werden. Alternativ dazu kann die vertikale Achse auch durch ein im Inneren des Gehäuses aufgehängtes Pendel definiert werden. Bevorzugterweise erstreckt sich die vertikale Achse, die durch das Pendel definiert wird, entlang der Richtung der Erdbeschleunigung. Die Projektionsvorrichtung weist weiterhin mindestens eine Lasereinrichtung auf, die eingerichtet ist, eine erste Laserebene und eine zweite Laserebene zu emittieren. Die erste und die zweite Laserebene können dabei durch jeweils einen Laserstrahl erzeugt werden, der auf eine Zylinderlinse trifft und dadurch in einer Richtung aufgeweitet wird. Die Laserebenen erstrecken sich dann fächerförmig von der Zylinder- linse weg. Die beiden Laserstrahlen, die für die Erzeugung der ersten und der zweiten Laserebene verwendet werden, können mittels eines strahlteilenden Elements (z.B. halbdurchlässiger Spiegel) aus einer gemeinsamen Laserquelle erzeugt werden. Es kann auch für jeden Laserstrahl eine eigene Laserquelle verwendet werden. Die erste Laserebene und die zweite Laserebene sind dabei so angeordnet, dass sie sich entlang einer ersten Schnittgeraden schneiden, wobei die erste Schnittgerade senkrecht zur vertikalen Achse verläuft. Vorzugsweise verläuft die Schnittgerade auf Höhe der (beispielsweise durch drei Gehäusefüße der Projektionsvorrichtung bestimmten) Standfläche der Projektionsvorrichtung. Wenn in diesem Fall die zu vermessende Oberfläche eben und horizontal ist, treffen beide Laserebenen entlang der ersten Schnittgeraden auf der zu vermessenden Oberfläche auf, und es ist nur eine Laserlinie auf der zu vermessenden Oberfläche zu erkennen. Unebenheiten und/oder eine Neigung der zu vermessenden Oberfläche führen hingegen dazu, dass die beiden Laserebenen oberhalb bzw. unterhalb der Höhe der Schnittgeraden auf die zu vermessenden Oberfläche auftreffen, und daher zwei voneinander beabstandete Laserlinien auf der zu vermessenden Oberfläche zu erkennen sind.
Vorteilhafter Weise besitzt das Projektionselement der erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung auch eine Verriegelungseinrichtung, um die Aufhängung der Laser- quelle(n) der Projektionseinrichtung zu sperren, um diese beim Transport des Geräts zu schützen oder das Gerät auch an einer Wand betreiben zu können. Vorteilhafter Weise weist die Projektionsvorrichtung der erfindungsgemäßen Markierungsvorrichtung ein Basiselement und ein die mindestens eine Lasereinrichtung aufweisendes Projektionselement auf, wobei das Projektionselement relativ zum Basiselement stellbar, insbesondere motorisch stellbar, ist.
Stellbar heißt in diesem Zusammenhang insbesondere rotierbar, höhenverstellbar aber auch voneinander trennbar. Eine Motorgetriebene Rotation oder auch Höhenverstellung erlaubt es in vorteilhafter Weise, den Rotationswinkel oder die Höhendifferenz automatisch zu bestimmen und ggfls. Auf einem Display der Vorrichtung oder des Systems darzustellen.
Die erfindungsgemäße Markierungsvorrichtung zur Überprüfung von Oberflächenunebenheiten ist in einer vorteilhaften Ausführungsform derart ausgestaltet, dass die Projektionseinrichtung in einem ersten Gehäusemodul (Projektionselement) angeordnet ist, das mit verschiedenen zweiten Gehäusemodulen (Basiselementen) je nach Messaufgabe verbunden werden kann. Projektionselement und Basiselement sind somit von einander trennbar. Insbesondere ist das Projektionselement mit einer Mehrzahl von (verschiedenen) Basiselementen betreibbar.
In einer Variante dient das Basismodul dazu, die Vorrichtung mit einer aufgehängten, frei pendelnden Projektionseinrichtung zu betreiben. Damit kann die Neigung der Oberfläche bestimmt werden, auf die die Vorrichtung gestellt wird. Auch lassen sich Unebenheiten dieser Oberfläche erkennen.
In einer anderen Variante dient das Basismodul dazu, die Neigung der Projektionseinrichtung zu verändern. Hierzu ist die Aufhängung der Projektionseinrichtung im Gehäuse des Projektionsmoduls, die insbesondere ein kardanische Aufhängung ist gesperrt, damit eine Neigung des Bodens nicht automatisch ausgeglichen wird, bzw. damit die Vorrichtung auch um 90° gedreht an der Wand verwendet werden kann. Damit kann dann zwar nicht die Neigung einer Oberfläche bestimmt werden, dafür ist es möglich, die Neigung der Projektionseinrichtung an die Neigung der zu untersuchenden Oberfläche anzupassen und dadurch Unebenheiten dieser Oberfläche besonders gut zu erkennen. Das Lösen der Sperre der kardanischen Aufhängung beim Aufsetzen des Projektionselementes auf ein geeignetes Basiselement kann durch mechanische Wechselwirkung von Komponenten der beiden Module erfolgen. Alternativ kann auch eine Kodierung des Basiselementes vom Projektionselement beispielsweise elektronisch erkannt werden.
Unabhängig davon aber kann die kardanische Aushängung auch automatisch gesperrt, wenn das Projektionselement nicht mit einem geeigneten Basiselement verbunden ist. Die Sperre wird beispielsweise beim Aufsetzen auf ein Basiselementes nur dann gelöst, wenn das Basiselement für die Neigungsbestimmung vorgesehen ist.
In einzelnen Ausführungsformen dieser Varianten kann das Basismodul eine Drehung des Projektionsmoduls und/oder eine Verstellung von dessen Höhe bewerkstelligen. Diese Stellung kann manuell oder auch motorisch betrieben werden.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Markierungsvorrichtung weist die Projektionsvorrichtung mindestens eine weitere Lasereinrichtung auf, die eingerichtet ist, eine dritte Laserebene und eine vierte Laserebene zu emittieren, wobei die dritte Laserebene und die vierte Laserebene so angeordnet sind, dass sie sich entlang einer zweiten Schnittgeraden schneiden, wobei die zweite Schnittgerade parallel zur vertikalen Achse verläuft. Damit ist es möglich, gleichzeitig Unebenheiten eines Bodens und einer Wand zu ermitteln.
Das erfindungsgemäße System weist neben der Markierungsvorrichtung mit zumindest einer Projektionsvorrichtung auch eine Detektionsvorrichtung zur Bestimmung des Abstands der beiden Laserebenen entlang einer Messgeraden auf. Vorzugsweise ist die Detektionsvorrichtung so gestaltet, dass die Messgerade möglichst nah an der zu vermessenden Oberfläche liegt, wenn die Detektionsvorrichtung auf die zu vermessende Oberfläche gestellt wird. Bei bekanntem Winkel, den die beiden Laserebenen zueinander einschließen, kann aus dem Abstand der beiden Laserebenen entlang der Messgeraden dann der Abstand der zu vermessenden Oberfläche von der Höhe der Schnittgeraden automatisch ermittelt werden. Durch Positionieren der Detektionsvorrichtung an mehreren Punkten auf der zu vermessenden Oberfläche lässt sich die Abweichung der zu vermessenden Oberfläche von der Höhe der Schnittgeraden an diesen Punkten ermitteln und somit einfach ein Neigungsprofil der zu vermessenden Oberfläche erstellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Detektionsvorrichtung eine Zeilenkamera (beispielsweise eine CCD-Zeilenkamera) auf. Mit einer Zeilenkamera lassen sich die Punkte, an denen die Laserebenen auf die Zeilenkamera treffen, ermitteln und bei bekannter Auflösung der Zeilenkamera daraus der Abstand der beiden La- serebenen entlang der Messgeraden (und damit idealerweise auf Höhe der zu vermessenden Oberfläche) automatisch ermitteln.
Alternativ zur Zeilenkamera kann die Detektionsvorrichtung auch eine Vielzahl von Photodetektoren, die im Wesentlichen entlang der Messgeraden angeordnet sind, aufweisen. Aus den Detektionssignalen der Photodetektoren lässt sich ebenfalls der
Abstand der beiden Laserebenen entlang der Messgeraden automatisch ermitteln.
Um die Richtung der zu bestimmenden Neigung (nach oben oder nach unten) automatisch ermitteln zu können, unterscheiden sich die beiden Laserebenen in min- destens einem detektierbaren Parameter. Beispielsweise können beide Laserebenen mit unterschiedlicher Frequenz amplitudenmoduliert werden. Dann kann die Detektionsvorrichtung aus den modulierten Detektionssignalen ermitteln, ob die Messgerade oberhalb oder unterhalb der Höhe der Schnittgeraden liegt. Die Amplitudenmodulation kann so gewählt sein, dass sie nur opto-elektronisch detektierbar ist.
Anstelle oder zusätzlich zu einer nur opto-elektronisch detektierbaren Modulation können die beiden Laserfächer sich auch in einem weiteren, visuell erkennbaren Parameter unterscheiden, beispielsweise durch unterschiedliche Wellenlängen des verwendeten Lichts oder durch unterschiedliche Blinkfrequenzen der Laserfächer. Dies erlaubt es einem Benutzer, die Richtung der Neigung schnell mit bloßem Auge zu erfassen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das System weiterhin eine Vorrichtung zum Bestimmen des Abstands zwischen der Projektionsvorrichtung und der Detektionsvorrichtung auf. Die Vorrichtung zum Bestimmen des Abstands kann beispielsweise auf elektro-optischer Basis arbeiten. Dabei wird ein moduliertes La- sersignal von einer Quelle zu einem Ziel gesendet und das vom Ziel reflektierte und/oder gestreute Laserlicht wird von einem in der Nähe der Quelle angeordneten Detektor detektiert. Durch Bestimmung der Laufzeit und der Phasenlage des detek- tierten Signals kann dann der Abstand zwischen Quelle und Ziel ermittelt werden.
Beispielsweise kann die Projektionsvorrichtung des erfindungsgemäßen Systems eine Quelle für ein moduliertes Lasersignal, einen Detektor zur Detektion des von einem Ziel reflektierten und/oder gestreuten Laserlichts sowie eine elektronische Schaltung zur Auswertung des detektierten Signals und zur Bestimmung des Ab- Stands zwischen Quelle und Ziel aufweisen. Bevorzugterweise sendet die Quelle das Lasersignal parallel zur und etwas (z.B. 2 cm) oberhalb der ersten Schnittebene. Die Detektionsvorrichtung des erfindungsgemäßen Systems kann dann das modulierte Lasersignal reflektieren und/oder streuen und das reflektierte und/oder gestreute Laserlicht kann vom Detektor der Projektionsvorrichtung detektiert werden. Daraus kann die elektronische Schaltung den Abstand der Projektionsvorrichtung von der Detektionsvorrichtung ermitteln.
In einer weiteren Ausführungsform weisen sowohl die Projektionsvorrichtung als auch die Detektionsvorrichtung des erfindungsgemäßen Systems eine Kommunika- tionseinrichtung zum Senden und Empfangen von Daten auf. Bevorzugterweise können die Projektionsvorrichtung und die Detektionsvorrichtung mittels dieser Kommunikationseinrichtungen einen Datenübertragungskanal aufbauen, über den Daten von der Projektionsvorrichtung zur Detektionsvorrichtung und/oder von der Detektionsvorrichtung zur Projektionsvorrichtung übertragen werden können.
Die zu übertragenden Daten können beispielsweise die von der Projektionsvorrichtung bzw. der Detektionsvorrichtung ermittelten Messwerte sein, also beispielsweise der Abstand zwischen Projektionsvorrichtung und Detektionsvorrichtung (von der Projektionsvorrichtung zur Detektionsvorrichtung) bzw. der Abstand der beiden La- serebenen entlang der Messgeraden (von der Detektionsvorrichtung zur Projektionsvorrichtung).
Weiterhin können es die Kommunikationseinrichtungen auch erlauben, einen Datenübertragungskanal zwischen der Projektionsvorrichtung und/oder der Detekti- onsvorrichtung auf der einen Seite und einer weiteren Datenempfangseinheit auf der anderen Seite aufzubauen. Dann können sowohl die Projektionsvorrichtung als auch die Detektionsvorrichtung die ermittelten Messwerte zur Datenempfangseinheit übertragen, wo sie gespeichert und/oder dargestellt werden. Die Datenempfangseinheit kann eine speziell für die Kommunikation mit der Projektionsvorrichtung und/oder der Detektionsvorrichtung entwickelte Datenempfangseinheit sein. Es können aber auch andere Vorrichtungen, die ein geeignetes Datenübertragungsprotokoll einsetzen und (beispielsweise durch entsprechende Programmierung) in der Lage sind, mit der Projektionsvorrichtung und/oder der Detektionsvorrichtung zu kommunizieren, als Datenempfangseinheit zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann ein PDA oder ein Mobiltelefon als erfindungsgemäße Datenempfangseinheit eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das erfindungsgemäße System weiter mindestens eine Anzeigevorrichtung auf. Die Anzeigevorrichtung kann mit der Projektionsvorrichtung und/oder mit der Detektionsvorrichtung in ein gemeinsames Gehäu- se eingebaut sein. Die Anzeigevorrichtung kann auch Bestandteil einer separaten
Datenempfangseinheit sein. Auf der Anzeigevorrichtung können unter anderem die von der Projektionsvorrichtung und der Detektionsvorrichtung ermittelten Messwerte angezeigt werden. In einer weiteren Ausführungsform ist die Höhe der Schnittgeraden relativ zu einem
Gehäuseteil der Projektionsvorrichtung verstellbar. Hierzu kann in der Projektionsvorrichtung vorgesehen sein, die Lasereinrichtung relativ zum Gehäuse der Projektionsvorrichtung in der Höhe zu verstellen. In einer weiteren Ausführungsform kann das Gehäuse der Projektionsvorrichtung auch zweiteilig ausgebildet sein und ein Basiselement und ein Projektionselement aufweisen, wobei dann das Projektionselement, in dem die Lasereinrichtung angeordnet ist, relativ zu dem Basiselement in der Höhe verstellbar ist.
Eine Verstellbarkeit der Höhe der Schnittgeraden erlaubt es, den Startpunkt, von dem aus die Neigung der zu untersuchenden Oberfläche bestimmt werden soll, zu variieren.
In einer weiteren Ausführungsform, in der das Gehäuse der Projektionsvorrichtung zweiteilig ausgebildet ist und ein Basiselement und ein Projektionselement aufweist, ist das Projektionselement relativ zum Basiselement um eine Achse parallel zur vertikalen Achse drehbar. Das Projektionselement der Projektionsvorrichtung kann ma- nuell drehbar sein und/oder die Projektionsvorrichtung kann einen Motor aufweisen, der das Projektionselement relativ zum Basiselement dreht.
Wenn die Projektionsvorrichtung einen Motor aufweist, um das Projektionselement relativ zum Basiselement zu drehen, können die Richtung und/oder die Geschwindigkeit der Drehung durch Bedienelemente an der Projektionsvorrichtung steuerbar sein. Alternativ und/oder zusätzlich können die Richtung und/oder die Geschwindigkeit der Drehung durch eine Fernbedienung steuerbar sein, wobei die Projektionsvorrichtung in diesem Fall eine Empfangseinheit für die Signale der Fernbedienung aufweist. Die Fernbedienung kann mit der Projektionsvorrichtung beispielsweise über Infrarotsignale oder Funk kommunizieren.
Wenn die Projektionsvorrichtung mittels einer Kommunikationseinrichtung mit einer Datenempfangseinheit kommunizieren kann, kann über diesen Kanal auch die Steuerung von Richtung und/oder die Geschwindigkeit der Drehung erfolgen. Die
Datenempfangseinheit dient dann als Fernbedienung.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Projektionsvorrichtung eine Nachführeinrichtung auf, die Bewegungen der Detektionsvorrichtung relativ zur Projektions- Vorrichtung in der Horizontalen und senkrecht zur Schnittgeraden erkennt. Die
Nachführeinrichtung kann dann eine Drehung des Projektionselements relativ zum Basiselement bewirkt, um die erste Schnittgerade der Detektionsvorrichtung nachzuführen. Die Nachführeinrichtung kann beispielsweise eine Kamera oder eine ähnliche bildaufnehmende Vorrichtung aufweisen, die im Wesentlichen in Richtung der ersten Schnittgeraden ein Bild der Detektionsvorrichtung aufnimmt und aus Veränderungen des Bildes eine Bewegung der Detektionsvorrichtung relativ zur Projektionsvorrichtung ermittelt. Alternativ kann die Nachführeinrichtung, wenn die Detektionsvorrich- tung eine Zeilenkamera oder eines ähnliches punktaufgelöstes Detektionsmittel aufweist und die Punkte, an denen die Laserebenen auf die Zeilenkamera treffen, über einen Kommunikationskanal an die Projektionsvorrichtung oder an eine Datenempfangseinheit übermittelt, aus einer Veränderung der Auftreffpunkte (bzw. des Mittelwerts der Auftreffpunkte) eine Bewegung der Detektionsvorrichtung relativ zur Projektionsvorrichtung ermitteln. Aufgrund der ermittelten Bewegung der Detektionsvorrichtung relativ zur Projektionsvorrichtung kann die Nachführeinrichtung einen Motor zur Drehung des Projektionselements relativ zum Basiselement ansteuern und somit die Ausrichtung des Projektionselements der Detektionsvorrichtung nachführen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Projektionsvorrichtung mindestens eine weitere Lasereinrichtung auf, die eingerichtet ist, eine dritte Laserebene und eine vierte Laserebene zu emittieren, wobei die dritte Laserebene und die vierte Laserebene so angeordnet sind, dass sie sich entlang einer zweiten Schnittgeraden schneiden, wobei die zweite Schnittgerade parallel zur vertikalen Achse verläuft.
Damit ist es möglich, gleichzeitig Unebenheiten eines Bodens und einer Wand zu ermitteln.
Zeichnung
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen eingehend erläutert. Die Beschreibung, die zugehörigen Figuren sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale, insbesondere auch die Merkmale verschiedener
Ausführungsbeispiele, auch einzeln betrachten und zu sinnvollen, weiteren Kombinationen zusammenfassen. Insbesondere sind Merkmale der einzelnen Ausführungsformen nicht Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Markierungsvorrichtung; Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Markierungsvorrichtung; eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Markierungsvorrichtung; Fig. 4 eine schematische Darstellung von zwei Lasereinrichtungen in der
Projektionsvorrichtung der erfindungsgemäßen Markierungsvorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der von den beiden Lasereinrichtungen gemäß Fig. 4 auf eine Oberfläche projizierten Linien;
Fig. 6 die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Markierungsvorrichtung in einer Anwendungssituation;
Fig. 7a, b eine bevorzugte Ausführungsform einer zu einem erfindungsgemäßen System gehörenden Detektionsvorrichtung;
Fig. 8 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems; und
Fig. 9 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Systems.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Fig. 1 dargestellte, beispielhafte Markierungsvorrichtung weist eine Projektionsvorrichtung (100) mit einem, gegebenenfalls mehrteiligen Gehäuse auf, welches ein Basiselement (101) und eine Projektionselement (102) bildet. Das Basiselement (101) besitzt mehrere Gehäusefüße (103), mit denen es auf eine zu vermessende Oberfläche gestellt werden kann. Das Projektionselement (102) ist gegenüber dem Basiselement (101) drehbar und höhenverstellbar gelagert. Die Drehung und die Höhenverstellung des Projektionselements (102) gegenüber dem Basiselement (101) erfolgt durch einen oder mehrere Motoren (vorzugsweise Elektromotoren) im Inneren des Gehäuses. Batterien und/oder Akkus dienen zur Stromversorgung sowohl für die Motoren als auch für die im Folgenden beschriebenen weiteren Komponenten der Projektionsvorrichtung (100). Alternativer Weise kann die Stellung von Basiselement (101) und Projektionselement (102) Projektionselement auch manuell erfolgen Im Querbalken (104) des Projektionselements (102) der erfindungsgemäßen Markierungsvorrichtung sind zwei Lasereinrichtungen (120) - jeweils bestehend aus einer Laserdiode und einem optischen Element zum Auffächern des von der Laserdiode emittierten Strahls, beispielsweise eine Zylinderlinse oder ein geeignetes diffraktives optisches Element (DOE) - angeordnet. Die beiden Lasereinrichtungen
(120) sind pendelnd im Gehäuse der Projektionsvorrichtung (100) aufgehängt, um Unebenheiten oder eine Neigung der zu vermessenden Oberfläche am Aufstellort der Projektionsvorrichtung (100) auszugleichen. Der von den Laserdioden emittierte und vorzugsweise kollimierte Laserstrahl wird von den jeweiligen optischen Elementen zu jeweils einer Laserebene (121) aufgefächert, die das Gehäuse der Projektionsvorrichtung (100) durch die beiden Austrittsfenster (105) verlassen. Wie in Fig. 1 bzw. Figur 4 dargestellt ist, sind die beiden Laserebenen (121) derart angeordnet, dass sie sich entlang einer Schnittgeraden (122) schneiden. Insbesondere sind die Laserebenen zueinander geneigt. Insbesondere sind die Laserebenen auch zur vertikalen Gehäuseachse der Projektionseinrichtung 100 geneigt.
Die Schnittgerade (122) der Laserebenen verläuft aufgrund der pendelnden Auf- hängung der Lasereinrichtungen (120) im Ausführungsbeispiel der Figur 1 senkrecht zur Richtung der Erdbeschleunigung ungefähr auf Höhe der Gehäusefüße (103). Durch die Höhenverstellung des Projektionselements (102) gegenüber dem Basiselement (101) kann die Höhe der Schnittgeraden (122) gegenüber der zu vermessenden Oberfläche eingestellt werden. Vorzugsweise erfolgt diese Einstellung so, dass die Schnittgerade (122) nahe bei der Projektionsvorrichtung (100) auf Höhe der zu vermessenden Oberfläche liegt, sodass auf der zu vermessenden Oberfläche nur eine Laserlinie zu sehen ist.
Wenn die zu vermessende Oberfläche, auf die die Projektionsvorrichtung (100) ge- stellt ist, horizontal ist, schneiden die beiden Laserebenen (121) die zu vermessende Oberfläche immer auf Höhe der Schnittgeraden (122), sodass in jeder Entfernung von der Projektionsvorrichtung (100) auf der zu vermessenden Oberfläche nur eine Laserlinie zu sehen ist. Wenn die zu vermessende Oberfläche aber von der Horizontalen abweicht, beispielsweise durch lokale Unebenheiten oder weil sie gegenüber der Horizontalen geneigt ist, so unterscheidet sich die Höhe, in der die Laserebenen (121) die zu vermessende Oberfläche schneiden, von der Höhe der Schnittgeraden (122) der beiden Laserebenen (121) untereinander. Die auf die zu vermessende Oberfläche projizierten Laserlinien laufen dann auseinander (und bei einer Umkehr der Abwei- chung von der Horizontalen wieder aufeinander zu).
Dieses Verhalten ist in den Figuren 4 und 5 beispielhaft dargestellt für eine Oberfläche (125) die in einem ersten Bereich (A) horizontal ist, in einem zweiten Bereich (B) eine lokale Unebenheit in Form einer Welle aufweist, in einem dritten Bereich (C) wieder horizontal ist und in einem vierten Bereich (D) eine konstante Neigung zur Horizontalen aufweist. Dementsprechend schneiden die beiden Laserebenen (121) die Oberfläche (125) im ersten Bereich (A) und im dritten Bereich (C) entlang derselben Linie, nämlich entlang der Schnittgeraden (122), sodass nur eine einzelne Linie auf der Oberfläche (125) zu sehen ist. Im ersten Teil des zweiten Bereichs (B) schneiden die beiden Laserebenen (121) die Oberfläche (125) unterhalb der
Schnittgeraden (122), im zweiten Teil des zweiten Bereichs (B) oberhalb, sodass beide Schnittlinien zu sehen sind. Auch im vierten Bereich (D) schneiden die beiden Laserebenen (121) die Oberfläche (125) unterhalb der Schnittgeraden (122), sodass beide Schnittlinien zu sehen sind.
Figur 6 zeigt die Verwendung einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Markierungsvorrichtung an einer Wand. Die erfindungsgemäße Markierungsvorrichtung zur Überprüfung von Oberflächenunebenheiten nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 6 unterscheidet sich von der oben beschriebenen Vorrich- tung dadurch, dass die Lasereinrichtung, die die optische Markierung erzeugt nicht pendelnd ist. Dazu können beispielsweise Arretierungsmittel vorgesehen sein, die - in noch zu beschreibender Weise - die Lasereinrichtung fixieren. Mit diesem Gerät lassen sich dann beispielsweise eine Mulde (610) oder auch ein Versprung (620) in einer Wand optisch identifizieren, wie dies in der Figur 6 beispielhaft gezeigt ist.
Die erfindungsgemäße Markierungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Figur 6 ist zur Verdeutlichung für sich nochmals in Figur 3 darstellt.
In dieser Variante (Figur 3 und Figur 6) dient das Basiselement (101")dazu, eine Neigung der Projektionseinrichtung zu verändern. Hierzu ist die Aufhängung der
Lichtquelle(n) der Projektionseinrichtung im Gehäuse des Projektionselementes (102"), die insbesondere eine kardanische Aufhängung ist, gesperrt, damit eine Neigung des Bodens nicht automatisch ausgeglichen wird, bzw. damit die Vorrichtung auch um 90° gedreht, beispielsweise an der Wand verwendet werden kann. Damit kann dann zwar nicht mehr die Neigung einer Oberfläche bestimmt werden, dafür ist es jedoch möglich, die Neigung der Projektionseinrichtung an die Neigung der zu untersuchenden Oberfläche anzupassen und dadurch Unebenheiten dieser Oberfläche - wie in Figur 6 dargestellt - besonders gut zu erkennen.
Idealerweise verändert ein Verstellen der Neigung des Projektionselementes bzw. der Projektionsvorrichtung nicht den Abstand der beiden Laserebenen in einer ersten Entfernung nahe an der Vorrichtung. Bevorzugterweise ist dieser Abstand in der ersten Entfernung Null, d.h. die beiden Ebenen schneiden die zu untersuchende Oberfläche in einem gemeinsamen Punkt in der ersten Entfernung.
Durch Verstellen der Neigung der Projektionsvorrichtung lässt sich dann der Abstand der beiden durch die projizierten Laserebenen auf der zu untersuchenden Oberfläche erzeugten Linien in einer zweiten Entfernung von der Vorrichtung verstellen. Wenn der Abstand der Linien auch in dieser zweiten Entfernung auf Null eingestellt wird und die zu untersuchende Oberfläche zwischen dem Schnittpunkt in der ersten Entfernung und dem Schnittpunkt in der zweiten Entfernung keine Unebenheiten aufweist, so verlaufen die beiden erzeugten Linien auf der Oberfläche aufeinander, sodass nur eine einzelne Linie zu sehen ist.
Falls die zu untersuchende Oberfläche aber entlang der erzeugten Linie Unebenheiten aufweist, (siehe Figur 6) so sind diese dadurch zu erkennen, dass die beiden Linien auseinander und wieder zusammen laufen, abhängig von der Richtung der Unebenheiten.
Im Unterschied zu der oben beschriebenen, pendelnden Vorrichtung lässt sich die Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 bzw. 6 auch beispielsweise an Wänden oder an der Decke einsetzen, da die Projektionseinrichtung nicht pendelnd aufgehängt ist. Aber auch beim Einsatz am Boden lassen sich Unebenheiten unabhängig von der Neigung des Bodens erkennen. Geringe Unebenheiten lassen sich gegebenenfalls sogar besser erkennen, weil die Änderung des Abstands der erzeugten Linien nicht von einem Auseinanderlaufen dieser Linien aufgrund der Bodenneigung überlagert wird.
In einer Variante ist das Projektionselement in Bezug auf die Basis höhenverstellbar und das Gerät ist vorzugsweise mit einer Skala zur Messung der Höhenverstellung ausgestattet.
Damit ist zum einen eine Verstellung der Referenzebene möglich. Diese Variante erlaubt es aber auch, den höchsten und den niedrigsten Punkt einer Fläche zu finden und über die Messskala die absolute Höhenabweichung zu bestimmen. Die Höhenverstellung kann dabei manuell oder über einen Motor erfolgen. Die motorgetriebene Höhenverstellung erlaubt es auch, die verstellte Höhendifferenz automatisch zu bestimmen und ggf. auf einem Display anzuzeigen.
Vorteilhafter Weise besitzt das Projektionselement der erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung eine Verriegelungseinrichtung, um die Aufhängung der Laserquel- le(n) der Projektionseinrichtung zu sperren, um das Gerät auch an einer Wand betreiben zu können, wie dies im Zusammenhang mit Figur 6 bereits beschrieben wurde oder aber auch das Gerät beim Transport zu schützen.
In einer vorteilhaften Variante dient das Basiselement dazu, die Vorrichtung mit einer kardanisch aufgehängten, frei pendelnden Projektionseinrichtung zu betreiben. Damit kann dann in noch zu beschreibender Weise die Neigung der Oberfläche bestimmt werden, auf die die Vorrichtung gestellt wird. Auch lassen sich Unebenheiten dieser Oberfläche erkennen.
Das Lösen der Sperre der kardanischen Aufhängung beim Aufsetzen des Projektionselementes auf ein geeignetes Basiselement kann durch mechanische Wechselwirkung von Komponenten der beiden Module erfolgen. Alternativ kann auch eine Kodierung des Basiselementes vom Projektionselement beispielsweise elektronisch erkannt werden. Unabhängig davon aber wird die kardanische Aufhängung automatisch gesperrt, wenn das Projektionselement nicht mit einem geeigneten Basiselement verbunden ist. Die Sperre wird beim Aufsetzen auf ein Basiselementes nur dann gelöst, wenn das Basiselement für die Neigungsbestimmung vorgesehen ist, wie dies im Ausfüh- rungsbeispiel der Figur 3 und 6 gezeigt ist.
Die erfindungsgemäße Markierungsvorrichtung zur Überprüfung von Oberflächenunebenheiten ist in einer vorteilhaften Ausführungsform daher derart ausgestaltet, dass die Projektionsvorrichtung in einem ersten Gehäusemodul (Projektionselement 102') angeordnet ist, das mit verschiedenen zweiten Gehäusemodulen (Basiselementen 101') je nach Messaufgabe verbunden werden kann. Insbesondere sind Projektionselement und Basiselement von einander trennbar, wie dies im Ausführungsbeispiel der Figur 2 gezeigt ist.
In einer Variante dient gerade das Basismodul dazu der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu ermöglichen, mit einer kardanisch aufgehängten, frei pendelnden Projektionseinrichtung zu arbeiten. Damit kann die Neigung einer Oberfläche bestimmt werden, auf die die Vorrichtung gestellt wird. Auch lassen sich Unebenheiten dieser Oberfläche erkennen.
In einer anderen Variante (siehe insbesondere Figur 3 und Figur 6) dient das Basismodul dazu, die Neigung der Projektionseinrichtung zu verändern. Hierzu ist die kardanische Aufhängung der Projektionseinrichtung im Gehäuse des Projektionselementes gesperrt, damit eine Neigung des Bodens nicht automatisch ausgegli- chen wird, bzw. damit die Vorrichtung auch um 90° gedreht, beispielsweise an einer
Wand verwendet werden kann. Damit kann, die Neigung der Projektionsvorrichtung an die Neigung der zu untersuchenden Oberfläche angepasst werden, um dadurch Unebenheiten dieser Oberfläche besonders gut zu erkennen.
In einzelnen Ausführungsformen dieser Varianten kann das Basismodul eine Drehung des Projektionsmoduls und/oder eine Verstellung von dessen Höhe bewerkstelligen. Ein erfindungsgemäßes System, wie es beispielsweise in Fig. 8 oder auch Figur 9 dargestellt wird, weist zumindest eine Markierungsvorrichtung mit einer Projektionsvorrichtung (100) wie in Fig. 1 bis Fig. 6 dargestellt und eine Detektionsvorrich- tung (200) wie beispielsweise in Fig. 7 dargestellt, auf.
Die in Fig. 7a und als Ausschnittsvergrößerung in Fig. 7b dargestellte Detektionsvor- richtung (200) weist ein Gehäuse (201) auf, dessen Vorderseite (202) eine Öffnung (203) aufweist. Innerhalb des Gehäuses (201) ist neben der Öffnung (203) eine CCD-Zeilenkamera (204) angeordnet, die von einer zugehörigen elektronischen
Schaltung angesteuert und ausgelesen wird. Batterien und/oder Akkus dienen zur Stromversorgung sowohl für die Zeilenkamera (204) und der elektronischen Schaltung als auch für die im Folgenden beschriebenen weiteren Komponenten der De- tektionsvorrichtung (200).
Vorzugsweise ist die Öffnung (203) möglichst nahe am unteren Rand der Vorderseite (202) angeordnet, sodass die Zeilenkamera (204) sich möglichst nahe an der zu vermessenden Oberfläche befindet. Dadurch ist es möglich, die Position der Punkte (205), an denen die beiden Laserebenen (121) auf die Zeilenkamera (204) treffen, möglichst nahe an der zu vermessenden Oberfläche zu bestimmen. Aus der Position der beiden Punkte (205) lässt sich dann deren Abstand ermitteln und auf einer Anzeigevorrichtung (206) anzeigen.
Auf der Vorderseite (202) ist neben der Öffnung (203) eine Skala (207) angebracht, die auch eine visuelle Bestimmung des Abstands der beiden Punkte (205) erlaubt.
Vorzugsweise ist die Vorderseite (202) auch mit einer Beschichtung versehen, die ein visuelles Erkennen des Laserlichts auf der Vorderseite (202) erleichtert.
Mit dem Gehäuse (201) der Detektionsvorrichtung (200) verbunden ist ein Haltegriff (208), der die Positionierung der Detektionsvorrichtung (200) erleichtert, insbesondere für einen stehenden Benutzer.
In Fig. 8 ist das System bestehend aus einer Projektionsvorrichtung (100) und einer Detektionsvorrichtung (200) dargestellt. Die in Fig. 8 gezeigte Projektionsvorrichtung (100) entspricht der mit Bezug zu Fig. 1 erläuterten Projektionsvorrichtung. Die in Fig. 8 gezeigte Detektionsvorrichtung (200) entspricht der mit Bezug zu Fig. 7a und 7b erläuterten Detektionsvorrichtung.
Die in Fig. 8 dargestellte Projektionsvorrichtung (100) steht auf einem horizontalen Bereich (130) einer zu vermessenden Oberfläche. Die von den Lasereinrichtungen emittierten Laserebenen (121) treten durch die Austrittfenster (105) aus dem Gehäuse der Projektionsvorrichtung (100) aus und schneiden sich entlang einer Schnittgeraden auf Höhe des horizontalen Bereichs (130). Dadurch liegen die Schnittlinien der beiden Laserebenen (121) mit der Oberfläche aufeinander, sodass nur eine Laserlinie (133) auf dem horizontalen Bereich (130) zu sehen ist.
Ab einer Kante (131) fällt die zu vermessende Oberfläche in einem geneigten Bereich (132) mit einer konstanten Neigung zur Horizontalen ab. Dadurch liegen die Schnittlinien der beiden Laserebenen (121) mit der Oberfläche nicht mehr aufeinan- der, sondern laufen auseinander, sodass zwei Laserlinien (134) auf dem geneigten
Bereich (132) zu sehen sind. Die beiden Laserebenen (121) treffen daher an zwei unterschiedlichen Punkten (205) auf die Zeilenkamera (204) der Detektionsvorrichtung (200), wodurch deren Abstand bestimmt und auf der Anzeigevorrichtung (206) angezeigt werden kann.
In Fig. 9 ist die Anordnung von Projektionsvorrichtung (100) und Detektionsvorrichtung (200) wie in Fig. 8. Allerdings weisen sowohl Projektionsvorrichtung (100) als auch Detektionsvorrichtung (200) weitere Komponenten auf, die eine umfassende Vermessung der Oberfläche vereinfachen.
Die in Fig. 9 dargestellte Projektionsvorrichtung (100) weist eine elektro-optische Vorrichtung zur Entfernungsmessung auf. Hierzu wird mittels einer weiteren Lasereinrichtung in der Projektionsvorrichtung (100) ein moduliertes Lasersignal (123) erzeugt, das durch ein weiteres Austrittsfenster (107) das Gehäuse der Projektions- Vorrichtung (100) verlässt und auf ein Reflektionselement (209) der Detektionsvorrichtung (200) trifft. Das vom Reflektionselement (209) reflektierte und/oder gestreute Licht des modulierten Lasersignals (123) wird durch einen hinter einem Eintrittsfenster (108) im Gehäuse der Projektionsvorrichtung (100) angeordneten Detektor detektiert und daraus der Abstand zwischen Projektionsvorrichtung (100) und De- tektionsvorrichtung (200) ermittelt. Wenn, wie in Fig. 9 dargestellt, der Abstand zwischen Reflektionselement (209) und Projektionsvorrichtung (100) sich vom Abstand zwischen Zeilenkamera (204) und Projektionsvorrichtung (100) unterscheidet, kann diese konstruktionsbedingte und feste Differenz bei der Abstandsermittlung berücksichtigt werden. Auch ist es möglich, bei bekanntem Abstand zwischen der Projektionsvorrichtung
(100) und der Detektionsvorrichtung (200) die Skala(207) der Detektionsvorrichtung direkt in Neigungswinkeln zu skalieren. Dies setzt einen vorgegebenen festen Abstand zwischen der Projektionsvorrichtung (100) und der Detektionsvorrichtung (200) voraus, den ein Anwender einzuhalten hat. Oder aber das System bestimmt den Abstand mittels eines integrierten Entfernungsmessers selbst und eine Recheneinheit wandelt die Skalenwerte jeweils aktuell in Neigungswerte um, die dann beispielsweise mit Hilfe eines elektronischen Displays ausgegeben werden.
Das in Fig. 9 dargestellte System weist auch eine Datenempfangseinrichtung (300) mit Anzeigevorrichtung (301) und Bedienelementen (302) auf. Die Datenempfangseinrichtung (300) kann mit der Projektionsvorrichtung (100) und der Detektionsvorrichtung (200) mittels Kommunikationseinrichtungen (106, 210, 303) kommunizieren und kann beispielsweise von der Projektionsvorrichtung (100) den ermittelten Abstand zwischen Projektionsvorrichtung (100) und Detektionsvorrichtung (200) übermittelt bekommen und von der Detektionsvorrichtung (200) den ermittelten Abstand der Auftreffpunkte der beiden Laserebenen (121) auf die Zeilenkamera (204) übermittelt bekommen. Aus diesen Daten kann die Datenempfangseinrichtung (300) dann beispielsweise eine durchschnittliche Neigung der zu vermessenden Oberfläche ermitteln und auf der Anzeigevorrichtung (301) darstellen.
Die Datenempfangseinrichtung (300) kann vorzugsweise auch zur Steuerung der Projektionsvorrichtung (100) verwendet werden. Beispielsweise kann über die Bedienelemente (302) der Datenempfangseinrichtung (300) die Höhenverstellung und/oder die Rotation des Projektionselements der Projektionsvorrichtung (100) relativ zum Basiselement gesteuert werden.
Die Datenempfangseinrichtung (300) ist an einem Halter (304) befestigt, der wiederum mit dem Haltegriff (208) der Detektionsvorrichtung (200) verbunden ist. Vorzugsweise lässt sich die Datenempfangseinrichtung (300) vom Halter entfernen und von der Detektionsvorrichtung (200) getrennt benutzen. Hierzu weist die Datenemp- fangseinrichtung (300) vorzugsweise Batterien und/oder Akkus zur Stromversorgung auf.
Die erfindungsgemäße Markierungsvorrichtung und das erfindungsgemäße System sind nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere ist ein erfindungsgemäßes System unter Verwendung aller Markierungsvorrichtungen möglich. Auch Merkmale einzelner Markierungsvorrichtungen sind im Rahmen der Erfindung in anderen Markierungsvorrichtungen einsetzbar.