Die Erfindung betriff: ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur lichtoptischen Vermessung von Montageflächen m Räumen, insbesondere von Decken in Innen¬ räumen, mit b evorzu ter Anwendung bei der Festlegung von linearenTrassenver- läufen für Kabel. Rohre und dergleichen, wobei wählbare Fixpunkte für Montage- hilfsmittel. beispielsweise für T-fδrmige Trassenträger. In definierter Teilung entlang einer vorgesehenen Trasse an der Montagefläche visualisiert werden. Es wird insoweit auch auf die Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 7 verwiesen.

Zum Abhängen und Befestigen von Kabel-Rohrtrassen oder dergleichen mittels entlang einer vorzugsweise linearen Strecke anzubπngender Montagehilfsmit¬ teln an Wänden bzw. Decken, etwa im Rahmen eines Innenraumausbaus oder zur Wandmontage, ist es notwendig, die Orte von Befestigungspunkten entlang der Trasse in einer vorgebbaren und gewünschten Teilung mit hinreichender Genau¬ igkeit zu definieren und an der Wand oder Decke zu vlsualisleren. Als Randbedin- gungen treten dabei in der Praxis geometrische Zusammenhänge zwischen Bau¬ werkelementen. z. B. einer Kante Decke - Wand. Seiten- oder Oberkanten von Tü¬ ren oder Fenstern etc. und von zweckspezifischen vorgegebenen Elementen, wie

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Rohrdurchbrüchen. abeischachtöffnungen etc. auf. Vorzugsweise kann die Verlegung einer Trasse parallel oder in einem bestimmten Wlnkei zu einer Dek- kenkante gefordert werden.

Bekannt sind zu diesem Zweck Projektionsverfahren, bei denen ein auf einem Di¬ apositiv festgehaltenes Linienraster an die Decke projiziert wird. Die gewünsch¬ ten Befestigungspunkte werden anhand von Linienschnittpunkten ausgewählt. Dieses Verfahren hat Jedoch unter anderem die Nachteile, daß die Projektions¬ perspektive vom Projektionsort abhängig ist und die Lichtstärke des projizierten Bilds in vielen Fällen zu geπng ist. Außerdem läßt sich häufig das starr vorgege¬ bene Gitter nicht an die Raumgeometrie anpassen. Weiterhin ist die Genauigkeit des Verfahrens durch die möglichen Abweichungen der Wand/Deckengeometπe von der ideaien Projektionsebene stark begrenzt.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrich¬ tung zur lichtoptiscπen Vermessung von Montageflächen, insbesondere in Ver¬ bindung mit einem optischen System zur Visualisierung bzw. Anzeige von linea¬ ren Trassenveriäufen an Decken und Wänden mit Darstellung von Fix- oder Befe¬ stigungspunkten in definiertem Abstandsverhältnis zu schaffen, welche eine fle- xible Anpassung an unterschiedliche räumliche Geseoenheiten sowie eine selb¬ ständige Korrektur unter Berücksichtigung der Unebenheiten der betreffenden Montagefläche ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur lichtoptischen Vermessung von Montage- flächen mit Visualisierung von lestlegbaren Fixpunkten in definierter Teilung an der Montagefläche ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - ein gebündelter, von einer feststehenden Lichtquelle ausgehender Lichtstrahl wird periodisch zu einer bekannten Referenzlinie abgelenkt und als Lichtspur auf die Montagefläche projizlert. - unter Berücksichtigung der ProJ ektlonsgeometrle und mit Bezug auf die Licht¬ strahl-Ablenkperiode wird der Lichtstrahl zur Visualisierung der Fixpunkte in¬ nerhalb seiner Ablenkperiode zu berechneten Zeitpunkten zur Vlsualisierng der FL punkte durch Modulation einer Strahlelgenschaft kurzzeitig verändert.

Vorzugsweise wird zur Berechnung der definierten Teilung für die Fixpunkte der Montagehilfsmittel der momentane Abstand zwischen dem Lichtstrahl-Ablenk-

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punkt an einer Spiegelfläche zum momentanen Lichtstrahlauftreffpunkt an der Montagefläche einerseits und dem aus dem bekannten, beispielsweise linearen Verlauf der Ablenkgeschwindlgkelt des Lichtstrahls zu wählbaren Punkten erre¬ chenbare Ablenkwinkel andererseits zugrunde gelegt, wobei ein Lot-Abstand zwi- sehen der den Lichtstrahl-Ablenkpunkt auf der Spiegelfläche und der Montage¬ fläche vorzugsweise opto-elektronisch erfaßt wird. Für den Anwendungsfall in der Praxis wird die Montagefläche eine im allgemeinen gekrümmte Waπdfläche. beispielsweise die Decke eines Raumes sein, wobei der Begriff "gekrümmte Wand¬ Ωäche" eine konkav oder konvex gewölbte, aber auch eine ebene Projektionsfläche umfaßt.

Der Lot-Abstand zwischen der den Lichtstrahl-Ablenkpunkt an der Spiegelfläche und der Montagefläche wird vorteilhafterweise tπangulativ dadurch bestimmt. daß ein bestimmter Punkt der von der Montagefläche reflektierten, durch ein Ξmpfänger-Spiegeis stem periodisch und linear abgelenkten Lichtspur mittels eines feststehenden optischen Sensors erfaßt wird. Sodann wird aus der momen¬ tanen Winkelposition der Ablenkung des die Lichtspur an die Montagefläche schreibenden Lichtstrahls einerseits und der momentanen Winkelposition der Ablenkung der reflektierten Lichtspur zum Ansprechzeitpunkt des optischen Sensors andererseits sowie mit Kilfe des fest vorgegebenen und bekannten Ab- stands zwischen einer ≤trahlablenkeinrichtung für den die Lichtspur schreiben¬ den Lichtstrahl und dem Empfänger-Spiegelsystem der Abstand trigonometrisch errechnet.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur lichtoptischen Vermessung von Monta¬ geflächen, insbesondere an Decken von Räumen, mit Visualisierung von festleg¬ baren Fixpunkten an der Montagefläche, ist gekennzeichnet durch

- eine feststehende, kohärente Lichtquelle mit Strahlfokussieroptlk. deren fokussiertes Strahlenbündel auf eine periodisch auslenkbare Sender-Spie- geleinrichtung gelangt und von dieser als Lichtspur auf die Montagefläche lenkbar ist. und durch

- eine Rechen- und Steuereinheit, die aus dem als gemessene Größe eingege¬ benen Lot vom Umlenkpunkt an der Sender-Splegelelnrichtung auf die Mon¬ tagefläche einerseits und dem auf einen Referenzzeitpunkt innerhalb derAb- lenkperiode bezogenen Ausienkwinkel der Spiegeleinrichtung andererseits die Fixpunkte mit definierter Teilung errechnet und durch kurzzeitige Erre-

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gung einer optischen Marklereinrichtung an der Lichtspur optisch markiert.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Vermessungsverfahrens und Ausführungsfoπnen der erfindungsgemäßen Einrichtung zur lichtoptischen Vermessung sind durch die kennzeichnenden Merkmaie von abhängigen Patent¬ ansprüchen definiert und werden nachfolgend vorgestellt, wobei das der Erfin¬ dung zugrunde Hegende Prinzip und vorteilhafte Einzelheiten anhand von Zeich¬ nungen erläutert werden. Es zeigen:

Fig. la. lb das Grundprinzip einer bevorzugten Ausführungsfoπn einer erfin¬ dungsgemäßen Einrichtung zur lichtoptischen Vermessung und Zen- tralprojektioπ von linearen Trassenverläufen in Ansicht und Seiten- Schnittdarste-Iung:

Flg. 1 c eine entsprechend Fig. la. lb erzeugte Lichtspur:

Fig. 2 die Prinzipanordnung der Einrichtung nach Fig. 1 in Verbindung mit ei¬ ner opto-eiektronischen Hilfs-Meßeinπchtung zur Bestimmung des Ab- stands zwischen einer geometrischen Referenzkante am Boden und ei- nen lotrecht darüber befindlichen Deckenpunkt;

Fig. 3 ein schematisiertes Anwendungsbeispiei für das Trassen-Markierungs- systems nach Flg. 2 bei der Markierung von zwei parallelen Trassenver¬ läufen an der Decke eines Raums:

Flg. 4 eine Skizze zur Verdeutlichung, wie aus einer relativen Zeitmessung die Winkelbestimmung der Lage eines den Lichtstrahl ablenkenden Spiegels erfolgt, um aus dem gemessenen Lotabstand einerseits und der momen¬ tanen Winkelstellung des Ablenkspiegels andererseits die Fixpunkte für Montagehilfsmittel entlang der Trassenspur zu bestimmen:

Fig. 5 eine zum Vermessungs- und Markierungssystem der Fig. 2 alternative Ausführungsform, mit der sich in einer Baueinheit durch Verwendung von zwei Spiegeisystemen sowohl der Lotabstand zu einer Montagefläche als auch die Wfnkellage eines Strahlablenkspiegels und damit die Fix¬ punkte der Trasseπmarkierung bestimmen lassen:

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Fig. 6 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung bei Anwendung des Zweifach- Spiegeisystens der Fig. 5;

Fig. 7 die Schließzeitpunkte eines Beobachtungsdreiecks zur Bestimmung der momentanen Spiegelwinkelstellung eines Strahlablenkspiegels bzw. zur

Bestimmung der Normalentfernung der Spiegeloberfläche zur Projek¬ tionsfläche:

Fig. 8a. 8b eine abgewandelte Ausführungsform eines Vermessungs- und Tras- sen-Visuaiisierungssystems zur gleichzeitigen Darstellung mehrerer paralleler Strahlspuren einschließlich gewünschter Fixpunkte z. B. für Befestigungsmittel;

Fig. 9 eine den Fig. 3 bzw. 6 entsprechende Darstellung von drei parallelen Trassenveriäu en bei Anwendung des Systems nach Fig. 8:

Fig. 10 die Markierung von Fixpunkten mittels Erregung eines auf jeden Einzel¬ strahl der Markierungsspuren nach Fig. 9 wirkenden Strahlausienk-Ak- tuators:

Fig. 1 1 das Funktioπsbiockschaltbild für die Vermessungs- und Trassen-Visua- lislerungsemπchtung gemäß Fig. 5:

Flg. 12 ein Strahldiagrammzur Erläuterung der tπangulatlven Bestimmung von Fixpunkten mittels eines Vermessungs- und Trassenmarkierungssy- stems gemäß Flg. 5 bzw. 1 1 ;

Flg. 13(A) bis 13(D) Unter-Routinen eines Betriebsablaufdiagramms sowie eine Speichertablie zur Bestimmung von Stützpunkten bzw. zur Interpola- tion von Fixpunkten entlang einer vlsualisierten Trasse:

Fig. 14a. 14b dient zur Erläuterung der geometrischen Grundvoraussetzungen bei der Festlegung einer Trasse und deren Fixpunkte bei Anwendung des Vermessungs- und Markierungssystems nach Flg. 2:

Fig. 15 veranschaulicht das Prinzip für eine Ausrichtung bzw. Nivellierung eines

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Vermessungs- und Trassenmarkierungssystems beispielsweise nach

Fig. 5;

Flg. 16(A) bis (C) Unter-Routinen zur automatischen Nivellierung mittels einer m Fig. 15 gezeigten Ausricht- und Nivelliereinrichtung;

Fig. 17a. 17b. 17c drei Strahlskizzeπ zur Erläuterung der Bestimmung eines zeit¬ abhängigen Spiegeiwinkels bei nicht horizontaler Montagefläche;

Fig. 18 ein Vermessungs- und Trassenmarkierungssystem gemäß Fig. 5 mit Be¬ zeichnung von Abständen. Radien und Winkein als Grundlage für die Er¬ läuterung geometrischer Beziehungen und mathematischer Zusammen¬ hänge;

Fig. 19 eine alternative Ausführungsform für das Vermessungs- und Trassen¬ markierungssystem gemäß den Fig. 5 bzw. 18 mit Verwendung von Schwmgspiegein anstelle von rotierenden Polygonspiegeln: und

Fig. 20 das Prinzip eines Schwingspiegeisystems.

Mit Bezug auf die Fig. 1 bis 4 wird zunächst ein erstes Ausführungsbeispiei für die erfindungsgemäße Lösung eines Vermessungs- und Zentralprojektlonsverfah- rens bzw. einer Projektionseinrichtung T mit einem rotierenden Polygonspiegel 1 zum periodischen Ablenken bzw. Scanning eines sichtbaren Laserlichtstrahls 3 mit Teilabschnitten 3a. 3b bzw. 3b' und einer getrennt aufgestellten Hilfseinheit 1 1 zur Bestimmung der Distanz von einem Fußboden 14 zu einer Decke 15 erläu¬ tert. Eine Laserlichtqueile 2. vorzugsweise ein Halbleiterlaser mit Strahlfokus- sieroptik (nicht gezeigt) sendet ein parallel- kohärentes Lichtstrahlbündel des La¬ serlichtstrahls 3 über einen Ablenkspiegel 5 mit Kipp-Aktuator 6. vorzugsweise realisiert durch ein Piezoelement. auf die Spiegelflächen la. Ib. lc. ... des rotie¬ renden Polygonspiegels 1. der seinerseits den Lichtstrahl 3b in periodisch wie¬ derkehrender Sequenz auf die Projektionsfläche, im dargestellten Beispiel auf die Decke 15. lenkt. Der Polygonspiegel 1 ist durch eine kardanlsche Aufhängung 4 mit den beiden unabhängigen Drehachsen 4a bzw. 4b gehalten, so daß seine elge- ne Rotationsachse 20 in zwei Raumrichtungen gekippt werden kann. Mittels der kardanischen Aufhängung 4 kann die Projektionsgerade an der Projektionsfläche

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ausgerichtet werden. Das Elnrtchten der Rotationsachse 20 des Polygonspiegeis 1 erfolgt manuell oder - wie weiter unten erläutert - auch automatisch bzw. halb¬ automatisch, wobei an der Projektionsfläche montierte Reflexmarken . Y (Fig. 3) als Referenzpunkte zum Ausrichten des Polygonspiegeis 1 dienen können. Die Projektionsspur A wird dabei zuerst zu einer Referenzgeraden Ran der Wand oder Decke (beispielsweise Kante Wand/Decke) manuell ausgerichtet. Der Reflexions¬ grad der Reflexmarken X. Y muß deutlich höher sein als jener der Montagefläche (z. B. Decke), so daß ein entsprechender Intensitätsanstieg des reflektierten Strahlpunkts gut ernannt werden kann.

Unter Berücksichtigung der Projektionsgeometrie (Perspektive) wird der Kipp- Aktuator 6 in genau definierten Zeitpunkten angesteuert, wobei die Zeitpunkte durch ein weiter unten erläutertes Mikrocomputersystem aus den Daten 'Entfer¬ nung zur Wand" und "momentane Spiegeilage" berechnet werden. Die Strahlspur 3a. b wird dabei von cefinierten Markierungen überlagert, wie die in Fig. 3 sche¬ matisch angedeutete Lichtspuren A und B bzw. die m Fig. 1 c eingezeichnete Strahlspur A erkennen lassen.

Die jeweilige momentane Spiegeilage wird aus dem Durchgangszeitpunkt eines Positionssensors 21 durch einen Null-Phasenwmkel. beispielsweise festgelegt durch die Vorderflanκe eines entsprechenden Positionspulses, und der konstant geregelten Rotations eschwmdigkeit des Polygonspiegeis 1 bestimmt (vgl. Flg. 4). Die in Fig. 4 angegeDene Zeitspanne t l wird weiter unten näher erläutert.

Aus der so weit gegeDenen Beschreibung ist ersichtlich, daß der mit genau gere¬ gelter konstanter Rotationsgeschwindigkeit angetriebene Polygonspiegel 1 den Laserstrahl 3b periodisch auslenkt, wodurch die gerade Strahlspur A- im darge¬ stellten Beispiel der Fig. 3 an die Decke - projiziert wird.

Eine nachfolgend beschriebene Distanzmeß einrlchtung 1 1 mißt den Abstand zwischen einer geometrischen Referenzkante, beispielsweise am Boden, und dem lotrecht darüber befindlichen Deckenpunkt mittels an sich bekannter Verfahren, beispielsweise mitteis Ultraschall-Laufzeitmessung 18. Die Distanzmeß einrlch¬ tung 1 1 (vgl. Fig. 2) ist am Boden stehend und manuell verstellbar. Die Bestim- mung der Entfernung zwischen der Distanzmeßeinrichtung 1 1 und der Projek- tlonseinrichtung T erfolgt aus der zeitlichen Messung des Durchgangs des Ab-

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lemcstrahls 3b durch das über der Distanzmeß einrlchtung 1 1 errichtete Lot mit¬ tels eines senkrecht auf die Decke 15 fokussierten Photosensors 12. Die zeitliche Korrelation des Strahifleckdurchgangs an der Decke 15 und der momentanen Spiegellage des Polygonspiegels 1 wird durch eine Signalstrecke, vorzugsweise als Infrarot-Lichtstrecke 16. 17 verwirklicht, mittels Reflexion an der Decke 15 gewährleistet. Die Übermittlung der Information der Entfernungsmeßeinrich¬ tung 1 1 an die Projektionseinheit T erfolgt ebenfalls auf optisch-digitalem Weg über die Infrarot-Lichtstrecke 16. 17.

Um eine Korrektur von Fehlern aufgrund von Bodenunebenheiten zu gewährlei¬ sten, muß die Gerätehöhe der Distanzmeßemπchtung 1 1 in bezug auf die Projek- tlonsemrichtung T ermittelt werden. Wie die Fig. 2 zeigt, erfolgt dies beispielswei¬ se mittels eines Laserstrahls L. welcher durch an sich bekannte Drehpnsmen 10 m kreisförmiger, waagrechter 3ahn um die zuvor ausgerichtete Ablenkemnch- tung T herum abgelenkt wird (Leuchtturm-Prinzip). Der Laserstrahl L beschreibt somit eine zur Wassereoene parallele Hilfsebene mit bekannter Distanz vom Bo¬ den am Ort der Pro ektionsemπchtung T. Ein optischer Sensor 13 mit linearer Empfindlichkeit entlang einer senkrechten Strecke, beispielsweise verwirklicht als Laterai-Photodiooe. detek iert die Höhe des Auftreffpunkts des Laserstrahls L über der Referenzkante tz. B. Boden) für die Distanzmeßeinrichtung 11. Durch diese Information können Booenunebenheiten aus der Distanzmessung heraus¬ gerechnet werden. Die Korrektur vonUnebenheiten der Projektionsfläche (z. B. Decke) und des Bodens erfolgt durch eine Entfernungsmessung mittels der Dis¬ tanzmeßeinrichtung 1 1 zur Decke unter Beachtung der momentanen Position des Projektionsflecks der Lichtspur des Lichtstrahls 3b. Zu diesem Zweck ist das Sichtfeld des Sensors 12 senkrecht nach oben an die Decke 15 fokussiert. Im Au¬ genblick des Strahldurchgan s durch das Sichtfeld des Sensors 12 wird ein Im¬ puls generiert und über die Infrarot-Lichtstrecke 17. 16 zur Projektionseinπch- tung T übermittelt. Das Infrarot-Signalsystem nützt die Decke 15 als Übertra- gungsmedium aus.

Können Unebenheiten von Boden und ProjektlonsΩäche (Decke) vernachlässigt werden und ist die Raumhöhe oder der Abstand zur Projektionsfläche mit hinrei¬ chender Genauigkeit bekannt, so kann auf den Einsatz der Distanzmeß elnrlch- tung 1 1 und deren Funktionen vollständig verzichtet werden.

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Ein Mikrocomputersystem, das weiter unten mit Bezug auf die Fig. 1 1 bis 14 nä¬ her erläutert wird, dient zur Lösung der trigonometrischen Vermessungsaufga¬ be. Die Winkelbestimmung der jeweiligen momentanen Lage des betreffenden strahlablenkenden Spiegels la. lb. lc. ... des rotierenden Polygonspiegeis 1 er- folgt durch Messung der Zeit tl ab Vorderflanke des durch eine beispielsweise auf die Achse 20 des Polygonspiegeis 1 aufgebrachte Marke ausgelösten Pulses des Positionssensors 21 durch den Null-Phasenwinkel (vgl. Fig. 4). Die Visualisie¬ rung der Geraden A an der Projektionsfläche (Decke 15) erfolgt durch den Laser¬ strahl 3b seibst. Die Befestigungspunkte werden durch schnelle Auslenkung des Senderstrahls (Strahlteilabschnitt 3a in Fig. 1) mit geringer Amplitude um seine Mittellage durch den Ablenkspiegel 5 mit Piezo-Aktuator 6 ebenfalls auf der Pro- jektlonsfläche realisiert. Die Ansteuerung des Piezo-Aktuators 6 erfolgt zu defi¬ nierten Zeitpunkten, welche mit Hilfe des weiter unten näher erläuterten Mikro¬ computersystems berechnet werden.

Zur gleichzeitigen Darstellung eines Strahlenbündels A. B. ... mit zwei oder mehr Komponenten unter Einsatz der Projektionsemrichtung T und der Distanzme߬ einrichtung 1 1 einschließlich Visualisierung von Trassenbefestigungspunkten beispielsweise an der Decke 15 eines Innenraums (vgl. Fig. 3) wird ein Pol gon- spiegei 1 verwendet, dessen Spiegelflächen la. lb. lc. ... abwechselnd um einen kleinen Winkelbetrag versetzt sind.

Die Ausrichtung der Projektionsspur bzw. der ihr zugrunde liegenden Geraden erfolgt durch Kippen und Drehen der kardanisch gelagerten Polygonspiegelachse 20 in bezug auf ein feststehendes Gehäuse 22. Dieses Justieren kann manuell oder automatisch, beispielsweise durch geregeltes Suchen einer an der Wand oder Decke befestigten Zielmarke, erfolgen. Der Basisraum oder das Gehäuse 22 der Ablenkeinrichtung 1 1 muß bei der Aufstellung mit an sich bekannten Verfah¬ ren zur Nivellierung horizontal ausgerichtet werden, beispielsweise mittels ein- gebauter Libelle. Wie weiter unten beschrieben, kann die Nivellierung auch mit Hilfe von bekannten Neigungssensoren und Servostellern automatisch bewirkt werden.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Fig. 5 bis 7 näher beschrieben.

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Im Unterschied zum erstbeschriebenen Zentraiprojektlonsverfahren. bei dem der Lot-Abstand von einer den Ablenkpunkt an der Polygonspiegelfläche ein¬ schließenden Ebene zur Projektionsfläche durch eine opto-elektronische Di¬ stanzmeßeinrichtung erfaßt wird, sind bei der zweiten Ausfύhrungsform zwei ro- tierende Polygonspiegei 1 bzw. 30 zum periodischen Ablenken eines sichtbaren Laserlichtstrahls vorgesehen, welche unter Beibehaltung von konstanten, j edoch unterschiedlichen Spiegelrotationsgeschwindigkeiten den Laserstrahl 3 perio¬ disch ausienken.

Wie bei der erstbeschπebenen Ausführungsform ist auch hier eine bekannte La- seriichtqueile 2, vorzugsweise ein Halbleiterlaser, mit (nicht dargestellter) Strahlfokussieroptik vorhanden, welche ein parallel-kohärentes Lichtstrahlbün¬ del über den (in Fig. 5 nicht gezeigten) Abienkspiegel 5 mit Kippaktuator 6. vor¬ zugsweise realisiert durch ein Piezoeiement. auf die Spiegelflächen des rotieren- den ersten Polygonspiegeis 1 (Senderspiegel) lenkt, der seinerseits den reflektier¬ ten Lichtstrahl 3b in periodisch wiederkehrender Sequenz auf die Projektionsflä¬ che 15 (Wand. Decke) lenkt. Der zweite, vorzugsweise identische Polygonspiegei 30 (Empfängerspiegel) rotiert ebenfalls mit konstanter, abervom ersten Polygon¬ spiegei 1 in der Regei abweichender Drehzahl. Die Rotationsachsen 20. 31 beider Spiegelsysteme sind parailel justiert und über ein Rahmensystem 32 gekoppeit ausgerichtet.

Die über das Rahmensystem 32 gekoppelten Polygonspiegei 1. 30 sind in ähnli¬ cher Weise wie beim erstbeschriebenen Ausführungsbeispiel kardanisch aufge- hängt, wodurch ihre Rotationsachsen 20. 31 in zwei Raumrichtuπgen gekippt werden können, um die Einrichtung der Projektionsgeraden, also der Lichtspur, an der Projektionsfläche einrichten zu können. Auch in diesem Fall kann das Kip¬ pen manuell oder automatisch erfolgen, wobei wiederum an der Proj ektionsfläche montierte Reflex-Marken X. Y als Referenzpunkte zum automatischen Ausπch- ten der Polygonspiegel 1. 30 dienen. Die vom Senderspiegel 1 ausgehende Projek¬ tionsspur wird dabei zuerst zu einer Referenzgeraden R (vgl. Flg. 6) (beispielswei¬ se Kante Wand/Decke) ausgerichtet. Bei vollautomatischem Betrieb kann das durch geregeltes Suchen der zwei Reflex-Marken X. Y bewerkstelligt werden. Der Suchvorgang wird durch fortschreitendes Kippen der Rotationsachsen 20. 31 bei gleichzeitiger Detektion der Reflex-Marken X. Y durch den Empfängerspiegel 30 mittels eines Photosensors 33 durchgeführt. Der nicht gezeigte Basisrahmen

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oder das Gehäuse des gesamten Geräts muß bei der Aufsteilung mit an sich be¬ kannten Verfahren zur Niveilierung beispielsweise mittels eingebauter Libeiie horizontal ausgerichtet werden. Auch in diesem Fall kann die Nivellierung mit Hilfe von bekannten Neigungssensoren und Servosteilern automatisch erfolgen. was weiter unten noch näher beschrieben wird.

Wie in der Fig. 5 erkennbar, sind die Rotationsachsen 20. 31 von Sender- und Empfängerspiegel 1 bzw. 30 parallel Justiert. Der Empfängerspiegel 30 dient zur Bestimmung der Winkeipositlon des Projektionsflecks der Lichtspur in bezug auf ein Lot auf die Gerätehauptachse. Dies erfolgt mitteis einer an sich bekannten, dem Sensor 33 zugeordneten (nicht dargestellten) Fokussieroptik. Aus der Win¬ kellage von Sender- und Empfängerspiegel zum Zeitpunkt der Schließens des Be¬ obachtungsdreiecks von Senderspiegel 1. Ξmpfängerspiegel 30 und momenta¬ nem Projektionsfleck 34 wird die Entfernung vom Senderspiegel 1 zum Projek- tlonsfleck 34 für jeden Strahlpunkt entlang der projizierten Lichtspurgeraden rechnerisch ermittelt. Diese Aufgabe übernimmt ein Mikrocomputersystem in weiter unten näher beschriebener Weise.

Die Bestimmungsstücke des Beobachtungsdreiecks unter Berücksichtigung der aktuellen Spiegelwinkel geben außerdem Auskumt über die Normalentfernung der ausgerichteten Spiegeiobeπlächen zur Projektlonsfläche 15. also beispiels¬ weise über den Raumhöhenabstand. Die Entfernungsmessung kann jedesmal er¬ folgen, wenn das eben beschriebene Beobachtungsdreieck geschlossen ist. Dies läßt sich sichersteilen, indem die Rotationsgeschwindigkeiten von Senderspiegel 1 und Empfängerspiegel 30 jeweils konstant, aber unterschiedlich gewählt wer¬ den. Die Detektion der Schließungszeitpunkte des Beobachtungsdreiecks (vgl. Fig. 5) erfolgt durch den Photosensor 33 (vgl. Fig. 4). Die gegebenenfalls perspek¬ tivisch verzerrte Gestalt des Projektionsflecks 34 kann durch tabellarisch gespei¬ cherte Korrekturwerte ausgeglichen werden, so daß zur Messung die Durchlauf- zeit des Strahlschwerpunkts herangezogen werden kann.

Unter Berücksichtigung der Projektionsgeometrie (Perspektive) wird analog zur erstbeschriebenen Ausführungsform der Piezoaktuator zu genau definierten Zeitpunkten angesteuert, wobei diese Zeitpunkte durch das Mikrocomputersy- stem wiederum aus den Daten "Entfernung zur Wand" und "Momentane Spiegel¬ lage" berechnet werden. Die Strahlspur A (vgl. Fig. lc) wird somit auch bei dieser

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Ausführungsform von definierten Markierungen überlagert.

Es sei betont, daß das Sichtbarmachen der Markierungen entlang der Strahlspur auch anders als durch Erregung eines Plezoaktuators für einen Umlenkspiegel verwirktlicht werden kann, beispielsweise durch Intensitätsmodulation (Hellta- stung). Farbmodulation oder Fokusmoduiation des Laserstrahls oder durch Auf- tastung eines Zweitstrahls.

Die Position oder Lage von Senderspiegel 1 bzw. Empfängerspiegel 30 wird aus den Durchgangszeitpunkten des (ersten) Positionssensors 21 einerseits bzw. ei¬ nes dem Empfängerspiegel 30 zugeordneten (zweiten) Positionssensors 35 durch den jeweiligen Null-Phasenwmkel unter Berücksichtigung der konstant geregel¬ ten Rotationsgeschwmdigkeit beider Splegeisysteme bestimmt.

Fig. 6 vermittelt einen beispielsweisen Einsatz des Vermessungs- und Trassen- markierungss stems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zur Vi¬ sualisierung von Befestigungspunkten an der Decke eines Innenraums, wobei zur gleichzeitigen Darstellung eines Parallelstrahlbündels mit beispielsweise zwei (oder mehr) Komponenten A. B für den Senderspiegel 1 und den Empfänger- spiegel 30 Polygonspiegei verwendet werden, deren Spiegelflächen la. lb. lc. ... abwechseind um einen kleinen Winkelbetrag versetzt sind.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit dem sich - abhängig von der jeweiligen Anwendung - eine Visualisierung mehrerer (typischerweise dreier) pa- ralleler Strahlspuren AI . A2. A3 realisieren läßt, wird mit Bezug auf die Fig. 8 bis 10 beschrieben. Die Hauptspur AI wird dabei gleichzeitig zur Distanzmessung herangezogen, während die rechts- und linksseitigen Randspuren A2. A3 zur Festlegung von Befestigungspunkten (inklusive Positions-Markierung) fürT-för- mige Trassenträger dienen.

Diese erfindungsgemäße Lösung sieht ähnlich wie bei der zweiten Ausführungs¬ form die Verwendung zweier rotierender Polygonspiegel zum periodischen Ablen¬ ken (Scanning) eines sichtbaren Laserlichtstrahls vor. welche unter Beibehal¬ tung von konstanter Spiegelrotatlonsgeschwindlgkelt den Laserstrahl 3 perio- dlsch auslenken.

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Wie die Fig. 8a erkennen läßt, ist Jedes Spiegeieiement la. lb. lc kippbar gela¬ gert angebracht, und zwar so. daß die Lagerung an derjeweils linken bzw. jeweils rechten Splegeikante rechtwinklig zur Hauptrotationsachse 20 des Polygonspie- geisystems 1 erfolgt, wie insbesondere die Seitenansicht in Fig. 8a erkennen läßt. Zur Erzeugung eines dreifachen Strahlenbündeis (vgl. Fig. 9) muß die Sequenz der Montage der zwölf Spiegeleiemente entlang des Umfangs des Prismenkörpers des Polygonspiegels 1 wie folgt erfolgen:

Lager linksseitig - konstante Mittelstellung des Spiegels - Lager rechtsseitig.

Die Anzahl der Spiegeieiemente muß dann natürlich durch "3" ganzzahlig teilbar sein.

Die Spiegeieiemente werden durch Aktuatoren. beispielsweise Piezo-Aktuatoren. ferngesteuert synchron gekippt, beispielsweise mittels eines Servomotors 50 mit Getriebe 51. der eine oder mehrere Kurvenscheiben 53 antreibt, so daß beim Ab¬ tastvorgang abwechselnd ein Spiegeieiement mit Linksneigung, dann mit gerader Mittelsteilung, sodann eines mit Rechtsneigung etc. den Laserstrahlengang 3a passiert. Dadurch werden hintereinander die parallelen Strahlspuren AI (Haupt- spur erzeugt durch Spiegelelemente in konstanter Mittelstellung) bzw. A2 und A3 erzeugt (vgl. Fig. 9).

Die Markierung der einzelnen 3efestigungspunkte erfolgt wiederum in analoger Weise wie bei den beiden erstbeschriebenen Ausführungsformen durch den au- ßerhalb des Senderspiegels 1 angebrachten Ablenkspiegel 5 mit Aktuator β (vgl. Fig. 10). durch Intensitäts-, Färb- oder Fokusmodulation des Laserstrahls oder auch - wie erwähnt - durch Auftastung eines zweiten Laserstrahls anderer Inten¬ sität oder Farbe.

Das Verkippen Jedes der n Spiegelelemente um einen veränderlichen Winkel mit¬ tels der Anordnung aus Servomotor 50 mit Kurvenscheiben 53 bzw. mittels Piezo- Aktuatoren bewirkt eine Kippung der betreffenden Strahlbündelebene um einen dazu proportionalen Winkel. Zum Ausgleich von perspektivischen Fehlern für den Fall, daß die Projektionsfläche nicht parallel zur Schnittgeraden der Strahl- bündelebenen liegt, müssen der Senderspiegel 1 bzw. der Empfängerspiegel 30 während des Scanning-Vorgangs um einen zeitliche veränderlichen Korrekturbe-

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: trag gekippt werden. Dazu wird die momentane Lot-Entfernung vom Senderspie¬ gel 1 zur Projektionsfläche 15 herangezogen. Mikroprozessorgesteuert werden die Spiegel vorzugsweise durch Piezo-Aktuatoren korrigiert, um den Perspektiv¬ fehler auszugleichen. Auch diese Korrekturführung kann gegebenenfalls durch Kurvenscheiben mit Rollenlagern unterstützt werden (vgl. Fig. 8b). welche von Servomotoren einjustiert werden.

Die Fig. 1 1 veranschaulicht das Funktioπsblockschaltbild für den Pol gonspie- gelantπeb einerseits und die trigonometrische Bestimmung von Fix- oderBefesti- gungspunkten andererseits.

Der Senderspiegel 1 einerseits bzw. der Empfängerspiegel 30 andererseits (vgl. auch Fig. 5) werden von durch zwei- oder dreiphasige Wechselrichter 60 bzw. 61 beaufschlagte Syncπrcnmotoren 70 bzw. 71 mit konstanter, jedoch unterschied- ücher Rotationsgeschwindigkeit angetrieben. Die jeweilige Null-Phasenlage oder der Null-Phasenwinkei P l für den Senderspiegel 1 bzw. P2 für den Empfänger- Spiegel 30 wird durch die Null-Phasendetektoren 21 bzw. 35 erfaßt und über zu¬ geordnete Verstärker :n einen Mikroprozessor (Mikrocontroller) 66 eingelesen. der aufgrund dieser Xull-Phasensignale zwei Zähler 62 bzw. 63 startet, die von ei- ner Taktslgnalqueiie 65 gelieferte Taktsignale hochzählen. Zum Zwecke der Vor¬ gabe oder Voreinstellung bestimmter Zählwerte (Winkelwerte) sind den Zählern 61. 63 jeweils ein Komparator 72 bzw. 73 zugeordnet. Sobald der den Strahl¬ durchgang erfassende Photosensor 33 über einen nachgeschalteten Verstärker und einen A/D-Wandler 64 das Schließen des Beobachtungsdreiecks meldet. werden die Zähler 62 bzw. 63 nach Ablauf der Zeitperioden tl bzw. t2 (vgl. Fig. 7) gestoppt bzw. rückgesetzt. Aus dem damit gewonnenen Wert des Lot-Abstands bzw. der beiden Winkellagen der Polygonspiegel 1. 30 beim Schließen des Beob¬ achtungsdreiecks errechnet der Mikroprozessor 66 die Erregerzeitpunkte für den Piezo-Aktuator 6 zur Markierung der Fixpunkte. Der Mikroprozessor 66 ist mit ei- ner Anzeige 67. einer Bediener-Schnlttstelle 68 sowie mit einer Datenschnittstel¬ le 69 verbunden.

Die Flg. 12 und 13 erläutern den Meßablauf bei einem erfindungsgemäßen Ver¬ messungs- und Trassenmarklerungssystem gemäß der zweiten Ausführungs- form nach Fig. 5 bzw. 1 1.

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Die Rotationsgeschwindigkeit der beiden Polygonspiegel 1. 30 wird konstant, je¬ doch ungleich, gehalten. Die aktuellen Winkel der Rotoren bzw. Spiegelelemente werden über die erwähnte Messung der Zeiten tl bzw. t2 (vgl. Fig. 7) und die Null- Phasendetektlon P l , ?2 bestimmt. Die Zeitmessung erfolgt mittels der digitalen Zähler 62 bzw. 63. so daß die Winkelwerte ct _{j j} und c_<2 in binärer Form dem Mikro¬ prozessor 66 zugeführt werden. Immer wenn der Photosensor 33 das Schließen des Beobachtungsdreiecks detektiert. wird ein Datenpunkt in eine Liste (vgl. Fig. 13(3)) eingefügt. Diese Liste gibt Stützpunkte vor für die Interpolation von belie¬ bigen Punkten X _j entlang der durch die Lichtspur markierten Trasse. Die Interpo- latlonsgenauigkeit steigt mit wachsender Liste und damit mit der Meßdauer.

Das Flußdiagramm der Fig. 13(A) verdeutlicht den Unter-Programmablauf für das Erfassen und Geneπeren der Interpolationsstützpunkte:

Im Schritt 1 detektiert der (Photo-)Sensor 33 das Schließen des Meßdreiecks (vgl. Fig. 12) und gegebenenfalls die Position einer (nicht gezeigten) Reflexmarke an der Montagefläche 15. Nach Signalaufbereitung über den nachfolgenden Verstär¬ ker und den A/D- andler 64 steht am Eingang des Mikroprozessors 66 em kurzer digitaler Puls zur Verfügung, der im Taktzeitraster des Mikroprozessors 66 einen Interrupt und damit die Eintragung eines Meßparameters in die Liste gemäß Fig. 13(B) ausiöst. Aufgrund der aufgelaufenen Zählerstände in den Zählern 62 und 63 erfolgt im Schritt 3 die Berechnung des jeweiligen Werts für X _j . Die übπgen Verfahrensschritte 4 bis 8 dieser Unterroutine lassen sich unmittelbar aus Fig. 13(A) ablesen.

Die Fig. 13(B) verdeutlicht die Struktur der gespeicherten Meßtablle für Meßwer¬ te X, der Punkte X _mm X _m . X _n Xmax _* Die errechneten numerischen Werte

Xt spiegein die lineare, vom Benutzer wählbare Entfernung des jeweiligen Me߬ punkts vom Trassenursprung (Punkt Null in Fig. 12) wider. Dazu wird vom Benut¬ zer (vgl. Fig. 13(C)) die Spezifikation des gewünschten Meßrasters entlang der Strahlspur über die Bediener-Schnittstelle 68 eingegeben. Aus dieser Angabe be¬ rechnet der Mikroprozessor 66 die Lage desjeweils aktuellen Fixpunkts oder Mar¬ kers. Zur optischen Generierung der jeweiligen Markierung X _j wird, wie aus dem Flußdiagramm der Fig. 13(C) ersichtlich, ein Interrupt erzeugt.

Das Ablaufdiagramm in Flg. 13(C) beschreibt den Vorgang zum Setzen eines sichtbaren Markers an der Stelle X _j . Die "Vermessung" der Montagefläche ist zu

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diesem Zeitpunkt bereits erfolgt, und die Daten stehen in der Liste 13(B). womit die Voraussetzung zum Interpolieren gegeben ist. Daher kann die Aufgabe des Markierens ' allem durch den Strahl et^ durchgefühπ werden, indem er in vorge¬ gebenen Zeitpunkten aufgetastet (o.a.) wird. Dazu wird der Zeitpunkt im Kompa- rator 72 gesetzt.

Das Flußdiagramm oer Fig. 13(D) verdeutlicht eine Abwandlung des Programm¬ ablaufs gemäß Fig. 13(C) zur Erzeugung eines in seiner Länge und Teilung vor- gebbarern Marker-Arrays.

Die Fig. 14a. 14b dient zur Erläuterung der geometrischen Verhältnisse und Zu¬ sammenhänge bei der erstbeschriebenen Ausführungsform der Erfindung (vgl. Fig. 2). Bestimmt weroen soll die Raumhöhe H. also der Lotabstand zwischen der Stellfläche (Boden 14) und der Montagefläche (Decke 15) eines Raumes. Die be- kannte Größe h definiert den Abstand zwischen der nivellierten Achse des Pol - gonspiegels 1 und dem Boden 14. Aus den gemessenen Werten für o_ ι und H wer¬ den die zu bestimmenden Größen h -_ und x errechnet (vgl. das Bestimmungs¬ dreieck m Fig. 14b).

Die Fig. 15 und 16 veranscnauiichen. wie das erfindungsgemäße Trassenmarkie- rungssystem entweder manueil (Fig. 15) bzw. halbautomatisch (Flg. 16) nivelliert werden kann.

Ein Gehäuse 80 enthält die Trassenmarkierungseinnchtung mit beispielsweise zwei Polygonspiegeln gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung (Fig. 5). Das Gehäuse 80 soll auf einem Fußboden stehend angenommen werden und eine Dreipunktauflage mit drei Justierschrauben M. Ml und M2 aufweisen. Die ma¬ nuelle Justage m der Horizontalebene x/y erfolgt mittels einer Nivellierlibelle NIV.

Bei der halbautomatischen Nivellierung gemäß Fig. 16 ist wiederum eine Drei¬ punktauflage mit Justierelementen M. M l und M2 vorhanden. Ausgehend von dermanuell zu betätigenden Justierschraube M werden die beiden weiteren Stell¬ elemente M 1 und M2 servogesteuert mit Hilfe einer elektronischen Libelle NIV für die Horizontalausrichtung. Die drei Flußdiagramme der Flg. 16(A) bis 16(C) ver¬ anschaulichen den Programmablauf. Nach Einstellung der Justierelemente Ml

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und M2 auf Mitteipositlon wird die x-Niveillerung und y-Nivellierng ltterativ durchgeführt, bis der Niveilierzustand oder eine Abbruchbedingung (Tlme-Out) erreicht sind. Die x- bzw. y-Nivellierung erfolgt durch Pl-Positionsregelung auf Sollwert Null (horizontal) (vgl. die Unter-Routinen der Fig. 16(B) bzw. 16(C)). Der Ist-Wert des Neigungswinkeis wird durch eine (nicht gezeigte, da bekannte) elek¬ tronische Libelle erfaßt.

Die Fig. 17a. 17b. 17c verdeutlichen die mathematischen Beziehungen zur zeit¬ abhängigen Verstellung der Spiegelkippwinkel für den Fall, daß die Projektlons- fläche, im dargestellten Beispiel die Decke 15 eines Raumes (Fig. 17a). nicht-ho¬ rizontal verläuft. Zu bestimmen sind die Trassenmarkierungspunkte X _j (i = 1. 2. 3. ...) entlang der schrägen Decke 15. beispielsweise mit jeweils drei Parallelspu¬ ren (vgl. Fig. 17b). Die Spiegelkippung erfolgt wie beschrieben durch Piezoeie- mente oder durch eine Kulissensteuerung über Servomotoren. Dabei werden die Spiegel zeitabhängig gekippt gemäß der in Fig. 17c angegebenen Beziehung

e(t) = arctan i '' ^d ^ •

> s2(tj;

Der Abstand d zwischen einer Spur A2 in Spiegeimitteilage und einer linksseiti- gen Spur AI ist gegeDen. Der Lot-Abstand s2 istzeitabhängig und wird in der oben angegebenen Weise iaufend berechnet.

Die Fig. 18 dient mit gleichzeitigem Bezug auf die Fig. 5 zur Erläuterung der nach¬ folgend beschriebenen geometrischen Beziehungen für das Strahldreieck MD im Augenblick des Schließens des Beobachtungsdreiecks. definiert zwischen den Punkten PT1. PT2 und P. Mit PT1 bzw. PT2 sind die Strahlumlenkpunkte am Sen¬ derspiegel 1 bzw. am Empfängerspiegel 30 in dem genannten Zeitpunkt des Schließens des Beobachtungsdreiecks MD bezeichnet, während P durch die auf den Rotationsmittelpunkt (Ursprung (0.0)) bezogenen laufenden Koordinaten xl (Trassenspur) und y 1 (veränderliche Vertikalkoordinate) gegeben ist. die der (va¬ riablen) Raumhöhe H bzw. der Raumhöhe HM 1 plus Gerätehöhe h entspricht. Un¬ ter Berücksichtigung des Abstands D der Rotationszentren der beiden Polygon¬ spiegei 1. 30. der angegebenen Radien rl. r2 und der Winkel αl bzw. α2. die den momentanen Ablenkwinkei angeben, lassen sich die folgenden Bestimmungs- gleichungen und geometrische Beziehungen im Strahldreieck MD ⁽ PDl. PD2. P(xl . y l) ₎ aufstellen _, wobei der Ursprung des Bezugskoordinatensystems (0. 0) in

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der Rotationsachse des Senderspiegels 1 liegt. Dabei sind in diesem Sys _t em die Abstände h und D bekannt. Berechnet werden mit Hilfe der gemessenen Winkel _∑1 und 012 die Größen h2 für beide Polygonspiegei 1 und 30 sowie die Abstände xl. x2. hl und damit H.

ReflexionsDuπkt PT1 :

ReflexioπsDunkt PT2:

Gleicnung der Geraden sKPTI.P): sl:=y=tan(Pi2-2 ^* a.) ^* x+r./cαs(a.);

Gleicnung der Geraden s2(PT2.P): s2:=y=tari(Pi/2-2 ^* a2) ^* x*r2'cosιa2)-tanιPL'2-2 ^* ≥2. ^* D; r2 z := v = ccti 2 a2. x cctf 2 a2 ) D cosι.α2)

Schnitte unkt P=S(s1,s2.: F:=soιve({s 1 ,s2) ,{x,y}); p -— _ix — -cosi ^' αi . rZ -cosi al ^' ) 00.(2 a2) D cosi a2) - ^r l cosi ά2) v = - (

I (,cot( 2 al) -coti 2 a2)) cosi a2) cosi al .

-cot(2 al) cosi i) τ2 - cot(2 al) cos(al) cot(2 a2) D ccsi a2) - rl cos(a2) cot(2c2.

1

)/((cotf2 al) -coti 2a2)) cosi c2. cosi αi))j> i

Distanz oer Proiektionsiläcr.e vom Ursoruπo hl : h1:=P[2]; hl := y = - ( -cotf 2 _ι ) cosi ^' al) r2-r cot( 2 α . cos( α ) cotf 2 α2 ^" ) D cos( a2) + rl cos( a2 ) cot( 2 α2. )/((cot(2.-?/) -coti ^' 2 ά2)) cosi _. α2) cos(αi))

Distanz der Prorektioπsiiäcne vom UrsDrung h1: h2:=?T1[1]; rl h.2 := v = ^■ cos(al)

Gesamtdistaπz h1+h: H=rns(h1)+h;

H = -(

-cot( 2 αi . cos( al) r2-r cot( 2 αi ) cosi ^' αi ) cot( 2 a2 ) Z? cosi _. c ) + rl cos( a2 ) cot( 2 α2 )

)/((cot(2 al )- cotf 2 a2) ) cos(α2) cosi ^' )) + h

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Das Prinzip der asyncnronen Strahiausienkung (Scannlng) und die Ermittlung der variablen, aufeinander bezogenen Winkelwerte ctj _j und ct _} 2 sei nachfolgend kurz erläutert:

Die beiden durch den Senderspiegel 1 einerseits und den Empfängerspiegei 30 andererseits verwirklichten Scanmng-Systeme lenken m wiederholten Schwenk¬ bewegungen den Lichtstrahl ab. der von der Laserstrahlquelle 2 ausgesandt wird und zunächst an der Spiegelfläche des ersten Polygonspiegeis (Senderspiegel 1) abgelenkt wird, auf die Montagefläche 15 auftrifft, wo der auftreffende Strahl ei- nen Strahlfleck (Punkt P(xl . yl) bildet. Der fokussierte optische Strahlengang des Photosensors 33 wird über die Spiegelfläche des zweiten Polygonspiegeis (Empfängerspiegel 30) reflektiert und trifft dann ebenso auf die Montagefläche 15 auf. In diesem Sinn stellt der zweite Strahlengang einen Sehstrahl dar. Die Orte der beiden Auftreffpunkte stimmen nur m einem Sonderfall überein. und zwar dann, wenn die geometrische Lage der beiden Scanningsysteme und die Lage der Montagelläche 15 so ausfallen, daß das Meßdreieck MD (PD l . PD2. P) geschlos¬

Die beiden Scanningsysteme werden entweder mit konstanter, aberunterschied- ücher Frequenz periodisch bewegt oder aber stochasusch regellos ausgelenkt.

Im ersten Fall laufen die auftre fenden Punkte des Lichtstrahls sl und des Seh¬ strahls s2 mit unterschiedlicher Geschwindigkeit über die Montagefläche 15. so daß sich das Meßdreieck MD in regelmäßigen Zeitabständen schließt. Bei jedem Schließen werden die Momentanwinkel α- 1 und 0 der abgelenkten Strahlen ge¬ messen und liefern unter Berücksichtigung der Geräteabmessungen der Ablenk¬ systeme und der geometrischen Lagen der Polygonsplegelachsen die Daten für ei¬ nen jeweiligen Meßpunkt X _j .

Im zweiten Fall (stochastische Ausienkung) bewegen sich die Auftreffpunkte des Lichtstrahls und des Sehstrahls regellos über die Montagefläche 15 und es kommt in ungleichmäßigen Zeltabständen zum Schluß des Meßdreiecks MD. Bei stochastischen Abtast-Veriäufen muß anstelle der Zeitmessung eine Messung der Absolutwinkel der beiden Abtastsysteme erfolgen. Dazu werden beispielswei- se an sich bekannte kapazitive Winkeimeßsysteme eingesetzt.

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Veranlaßt durch den Mikroprozessor 66 werden mehrere Meßpunkte _j m der Li¬ ste ⁽ vgl. Flg. 13(B)) gespeichert und dienen zur meßtechnischen Approximation des Obeπlächenproπls der Montagefläche 15 entlang der Schnittlinie, gebildet aus der Meßfläche und Strahlebene der abgelenkten Licht- bzw. Sehstrahlen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen trlangulatlven Methoden zur Distanzmessung wird bei dem erfind ungs gemäßen Verfahren nicht der Schluß des Triangulations¬ dreiecks mittels Steuerung und Regelung erzwungen, sondern durch Detektion des Ereignisses des Schlusses des Meßdreiecks MD als Folge der asynchronen Bewegung der beiden Ablenksysteme erfaßt.

Wie bereits erwähnt, wird ein Meßpunkt _j Im Augenblick des Schließens des Meßdreiecks MD gewonnen, wobei im Photosensor 33 ein kurzzeitiger Signalim- puis auftritt, dessen genaue zeitliche Erfassung wichtig ist. da daraus die Spie- geiwinkei αjj . α-2 berechnet werden, was oben anhand der Fig. 13(A) erläutert wurde. Der Zusammenhang zwischen den Winkeln α^ , ^ und den PositlonenX _j an der Montagefläche 15 sind stark nichtlinear. Der Zusammenhang wird aus der Triangulation mitteis des Meßdreiecks MD und damit über eine Entfernungsbe¬ stimmung ermittelt. Die Zuordnung der Winkel α^ , ,o und X _j wird tabellarisch in der Liste der Fig. 13(B) gespeichert, die im Laufe des Meßvorgangs (wiederhol¬ tes Schließen des Meßdreiecks _* MD) immer dichter ausgefüllt wird, so daß der ge¬ naue Verlauf der Strahispur immer besser durch Interpolation approximiert wer¬ den kann. Ein Befehl durch den Benutzer 'Setze Marker an Position X-" startet folgende Ab- lau sequenz:

Es werden diejenigen Stützpunkte X*. X-^ aus der Tabelle ermittelt, die am näch¬ sten zum Punkt j liegen. Durch Interpolation und Auflösung der trigonometri¬ schen Zusammenhänge, bei denen die Schließbedingung des Meßdreiecks MD für den Punkt X _j erfüllt ist. wird der Winkel α _{j j} des ersten Ablenksystems (Sender- splegel 1) ermittelt. Der Momentanwinkel ci _j ist dabei nicht von Relevanz, da der gesetzte Marker durch Beeinflussung der Strahleigenschaften bzw. die Strahlla¬ ge des Senderstrahls s l erzeugt wird.

Zur Festlegung des entsprechenden Markierungszeitpunkts wird der Zähler 62 in Verbindung mit dem Komparator 72 verwendet (vgl. Flg. 1 1 ) . Der Komparator 72 wird dabei auf einen Zahlenwert gesetzt, der dem Zählerstand zum Zeitpunkt des

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Durchlaufens der Markierungsposition entspricht. Beim folgenden Abtastlauf wird der Zählerstand fortwährend mit dem Komparatorstand verglichen (vgl. Flg. 13(C)). und im Falle einer Übereinstimmung wird die Markierungsvorrlchtung ausgelöst.

Um Strecken auf der Montagefläche 15 in definierte Abstände einzuteilen, müs¬ sen sogenannte Marker-Reihenanordnungen (Marker Arrays) gesetzt werden. Für jeden einzelnen Marker entspricht die Ablaufsequenz der zuvor erläuterten. Nach dem Setzen des Markier-Erelgnisses" wird Jedoch ein neuer Marker-Wert im Komparator 72 gespeichert, solange das Marker-Array noch nicht vollständig abgearbeitet ist. Der Ablaufvorgang ist in Fig. 13(D) dargestellt.

Bei der Meßanordnung nach Fig. 19 sind die zuvor verwendeten Polygonspiegei 1 und 30 durch Schwmgspiegei ersetzt, nämlich einen Senderspiegel SWSP1 bzw. einen Empfängerspiegei SWSP2. Die Achse jedes Schwingspiegels wird jeweils durch einen Aktuator AKT 1 bzw. AKT2. die als elektrodynamischer Antrieb ver¬ wirklicht sein können, durch Einbringen eines Drehmoments ausgelenkt. Die N'ullage jedes der Schwmgspiegei wird, wie die Fig. 20 erkennen läßt, durch eine Rückstellfeder F definiert. Ein in beiden Schwingspiegelsystemen vorhandener Sensor S erfaßt die momentane Spiegeilage ¹ . um die Spiegelbewegung regeltech¬ nisch beeinflussen zu können. Die Schwingspiegel SWSP1. SWSP2 werden bei¬ spielsweise in Resonanz betrieben, wobei Reibungsverluste durch denjeweiligen Aktuator AKT1. AKT2 kompensiert werden. Dazu alternativ kann für beide oder für eines der Spiegelsysteme eine erzwungene Schwingung im Regelbetrieb unter Berücksichtigung des Winkeisensorslgnals als Ist-Signal vorgesehen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur lichtoptischen Vermessung läßt sich auf alle Fälle anwenden, die folgende Eigenschaften aufweisen: Eine im allgemeinen gekrümmte (konkav bzw. konvex gewölbte, aber auch ebene) Projektionsfläche. oben als Montagefläche 15 bezeichnet, wird von einem bewegten Lichtpunkt X* abgetastet, der sich stets in einer Ebene bewegt. Durch momentanes Verändern der Strahllage oder der Strahleigenschaften dieses Lichtpunkts werden an defi¬ nierten Stellen sichtbare Markierungen gesetzt. Die sichtbare Strahlspur wird vom menschlichen Auge aufgrund seiner Trägheit als Linie wahrgenommen, so- fern die Ablenkgeschwindigkeit hoch genug ist. Die Strahlspur beschreibt die räumliche Schnittlinie zwischen der Montagefläche und der Lichtstrahlebene. In

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der projizierten Ansicht der Lichtstrahlebene erscheint die Strahlspur als gerade. im räumlichen Fall jedoch als gekrümmte Linie. Die geometrischen Orte der Strahlspurpunkte werden aus den geometrischen Beziehungen des Meßdreiecks MD und damit aus einer Entfernungsmessung mittels Triangulation gewonnen. Die Ortsinformation der Strahlspurpunkte ist auf die relative Lage zum System¬ ursprung - in den dargestellten Beispielen der Achsmittelpunkt des Senderspie- gels 1 bzw. SWSP 1 - beschrieben in der Ebene der abgelenkten Lichtstrahlen, be¬ schränkt.

Sollen die Absolutpositionen der Strahlspurpunkte im Raum bestimmt werden. so muß die Lage des Meßsystems im Meßraum zugrunde gelegt werden. Für den beschriebenen Anwendungsfall als Trassenmarklerungssystem wird hierzu die beschriebene Niveilieremrlchtung (vgl. Fig. 15 und 16) herangezogen. Ist das Schwereiot bekannt, so kann bei Kenntnis der Neigung des Meßsystems zu die- sem Lot aus der Entfernung Strahlfußpunkt PTl zum Strahlspurpunkt P an der Montagefläche 15 die Raumhöhe, also der Lotabstand des Meßsystem-Fuß - punkts zum Lotschnittpunkt mit der Montagefläche 15 bestimmt und angezeigt werden. Für den Einsatz als Trassenmarklerungssystem ist die Kenntnis der Raumhöhe allerdings primär nicht von Bedeutung, stellt jedoch eine unter Um- ständen nützliche Zusatzinformation dar.

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