专利名称：距离测量装置、测距仪及其固定件的制作方法
技术领域：
本发明涉及如权利要求1前序所述的距离测量装置以及如权利要求5前序所述的用于该距离测量装置的测距仪和如权利要求7前序所述的用于该距离测量装置的固定件。
背景技术：
具有一个由测距仪且最好是激光测距仪和一用于定位并固定测距仪的支座构成的组件的距离测量装置是众所周知的并被用在许多领域中。支座使得测距仪与一相关的基准点精确定位，从而各种测量可以被转入一个共同的参考系。另外，支座确保在测量过程中的稳定定位。
在这里，这样一个点可被定为基准点，即它用作测距参考点，即所有由测距仪实际测得的值必须经过换算，从而使这些值对应于参考系中的距离。通常，当放置在一个点如建筑物中的墙壁上时，还必须要考虑到测距仪的壳体部，以及或许要考虑到测距仪定位可能所需的装备。
现有技术中的支座主要被设计成三脚架形式，测距仪借助螺纹和螺纹套被固定住，在这里，通常要确保可绕两个轴线(水平轴线和垂直轴线)运动的可能性。这种支座尤其被用在大地测量领域里。
在其它领域里，为获得对另一物体的精确测距，也需要按规定地将测距仪安放在一个物体或一参考点上。尤其是在建筑领域中的用途要求测量在各式各样的表面和参考点的情况下都能有很高的精度。这样的测量例如是建筑物间距、屋顶高度或开口内径。根据建筑结构，测量也必须经常从角落起地进行，由此对测距仪的尺寸和可操作性提出了特殊要求。由于地基经常具有复杂的结构，结果，很难精确安放并进而定位测距仪。例如，孔、边缘、拱形或铁丝网使得仪器的精确定位变得困难。也可能出于需要，要能够测量液面例如房屋中的水位，但这种液面测量无法只借助现有技术的测距仪而不利用费事的辅助装置(mittel)地来进行。
因此，对支座的主要要求就是与一个点有关地或在一个平面里定位测距仪，由此可以将各次测量转入一个统一的参考系中。此外，通过机械式牢固固定，提高了在测量过程中可得到的精度。
在这种情况下，主要的困难就是确定无疑地将仪器放置到待测基准点上并且在测量目标时机械强度足够高地固定仪器。如果在基准点难接近的情况下，如在褶皱表面上，或者当目标具有不利的表面如很软或弯曲的表面时，这样的明确安放只能很困难地做到。除了测量点的可接近性外(这例如可通过一个简单的折叠芯杆(Dorn)来确保)，还要求在测量中牢固地固定测量仪。为此所需的辅助装置经常造成理想测量点放置上的偏差。决定了无法理想地安放到测量点上。测距仪必须借助一个支座或一个支承构件来定位。为了可以使测距仪不直接放置在真正的待测点上，至少必须知道实际测量点距该点的距离。
如果在安放时采用一个如也能假定从测量技术设备的其它领域中知晓的测量固定件，则在测量时必须考虑到由该测量固定件造成的距测量点的附加间距。
实现这样的测量系统因不同的技术条件而有所变化。对测量仪的要求就是它要有良好的操作性、必要的精度以及小型的尺寸，小型的测量仪能够到达并测量所有的相关区域。
为此所用的主要是手持式的激光测距仪得到了广泛使用。这种类型的仪器例如在EP0738899B1中描述了。
在大多数的情况下，将测距仪精确定位在待测目标上是成问题的。因此，例如当要保留作为平坦反射面的墙壁面的优点时，一块平滑墙壁与一根管之间距离的测量就要求将测距仪安放到一个弯曲面上。
发明内容
本发明的技术任务在于提供一种装置及其组成部分即测距仪和固定件，该装置确保了明确无疑且足够牢固地将测距仪安放到能有几乎任何形状的表面上。
根据本发明，根据权利要求1、5和7的特征来完成该任务。从属权利要求的特征给出了该距离测量装置的有利的替换实施形式和改进方案。
根据本发明的主题，在一个最好是手持式的测距仪上安装一个可更换的固定件，它的面朝着要由其测量的目标的那一侧可以尽可能地匹配于测距仪。因此，不仅可以获得相对待测基准点的精确定位，而且可以实现牢固地安放在表面上。
由距离测量装置定位决定的测量点与基准点的分开决定了由测距仪测定的距离的修正。如果作为修正数据精确知道了所需的固定件质量，则这种修正也可以通过一个微分计算器来自动计算。
此外，原则上可以在一个替换实施方式中省掉微分计算器并且结合固定件的给定数据而外部计算出所需的修正量。
原则上，通过本发明的装置，也可以用唯一一次测量来同时计算出距多个基准点的距离。
固定件的可尽可能自由设计的目标侧允许为所有形状和表面提供固定件。将一个作为固定件的浮标用于测量液面距参考目标的距离是可以实现的。
一个特别易操作的实施形式是，固定件具有可调节的通用支承部。它例如可以被设计成伸缩臂的形式，该伸缩臂在其支承到待测目标上后自动测量其长度并且自动传送该测量值，以便计算出修正量。
另一个有利的应用可能性就是计算距原则上无法接近的点如管轴线的间距。一个作为固定件的并有特定口径的皮碗允许将距离测量装置安装在一个管上。随后，可以直接修正测量值，从而得出距管中心的距离。通过这种方法，尤其是在大型测量装置的情况下，明显简化了计算并缩短用时。此外，在上述伸缩臂的例子中，皮碗可以被设计成可调节的。
可更换固定件的另一个有利应用可能性是作为固定件地被用于一个支座，该支座用作测量装置的安放点。在这种情况下，在大地测量应用场合中，三腿式三脚架大多被用作测距仪的支承固定座。在这里，被装上的测距仪可以绕一个垂直轴线转动地支承着，从而通过绕该轴线的运动，一个平面被绷紧，该平面大多可通过在三脚架中的可调性被校准成水平的。
为了测量在该测距仪与该支座有关的水平转动平面外的两个或更多个点，必须使测距仪绕一个水平轴线转动。通过两个重叠点的测量，原则上可以确定其落差。
激光测距仪的技术现状是，一个螺纹套垂直于测距仪的发射轴线，三脚架座的一个螺栓被拧入该套中。这样一来，测量装置和三脚架彼此连接，从而测距仪可以绕一个穿过连接部并与之垂直地取向的轴线转动地支承着。
由于转动轴线和激光发射轴线或激光探测轴线在定位这样的结构时没有共同交点，所以在转动时出现了在测距仪参考点和三脚架之间的有差异的定位，为了进行很精确的测量，这必须通过计算来补偿。
技术任务在于提供这样一种装置，它允许可绕一水平轴线和一垂直轴线转动地将测距仪安装在支座上并最好是三脚架上，从而不需要因转动引起的测量距离的修正。
根据本发明，通过权利要求10特征部分的特征来完成该任务。从从属权利要求的特征中得到了该装置的有利实施方式和改进方案。
根据本发明的主题，由一个最好是手持式的测距仪和一个最好是可更换的固定件构成一个距离测量装置。该装置被固定在一个支座上。此外，固定件被安装在测距仪上，从而确保了机械强度高并且与支座相关地可绕至少一个轴线转动地连接测距仪和支座。
根据本发明，固定件起到与支座有关地定位测距仪的作用。从而测距仪的所有转动轴线与支座有关的交点都位于一个用于距离测量的光路的轴线上或其多个轴线之间。
如果转动轴线和用于测距的轴线在一点相交，则该交点可被用作测距基准点并且可以不需要修正。如果所有转动轴线的焦点位于测距用光路的多个轴线之间，则尽管原则上还出现因转动引起的略微偏差，但如果足够接近并行的光路，则这些偏差可以忽略不计。
本发明固定件的一个可行的实施方式的例子就是将不歪斜的固定件安装在常件的手持式激光测距仪的与发射激光相对的那侧上。该固定件借助螺纹和螺纹套被固定在一个三脚架上，从而一装在固定件上的轴例如一铰链位于测距用光路的轴线上。
因此，对固定件的主要要求就是与一个或多个转动轴线相关地定位测距仪，这些轴线原则上可以被安置在固定件或支座上。
在这种情况下，困难的是，明确安放到由轴线交点而定的基准点上。由于测距仪因有固定件而无法直接被装到基准点上，所以必须知道由固定件引起的距该点的附加距离。
计算所需的电子电路原则上可以以模拟电路或数字计算机的形式装入该装置中。因此，可以通过电路修改或通过在数字计算机中使用修正数据而通过计算来进行修正。此外，修正数据原则上在开始测量作业时被调出并手动输入或自动读入，在暂存于计算机中后，这些数据总是新的，以用于计算。
但是，也可以在每次新的所需计算时持续调用数据，一个因很易于使用而很有利的实施方式就是利用修正数据的读入来自动识别固定件。
根据本发明，如果该装置具有计算修正量的机构，则可以直接给出修正值或所需的修正距离。如果固定件具有一个可自动探测的标志，则测距仪识别当时安装的部件并可以无须附加输入地在装到目标上后独立计算出修正量。此外，所需的固定件数据可存贮在其自身中或在测距仪里。计算修正距离或所需修正距离的机构原则上也既可以安装在测距仪，也可安装在固定件内或两者中。
数据存储和修正量计算的地点取决于该装置的精密设计。因此，可以实现标准化测距仪，复杂的并可多次调节的固定件可被安装在其上，这些固定件由不同的生产厂家提供，部分只适用于很专业的用途。对这些状况来说，在固定件中进行计算带来以下优点，即所有所需的厂家专用数据只能存储在可更换的固定件里并只涉及距比较标准化的测量装置的测定距离。但不利的是，这种解决方案影响到固定件的复杂性。
在测距仪中进行测量的可行方案带来了固定件简单且廉价的优点，但又决定了要在测距仪中存储类型专一的数据或在固定件中存储和传输给测量装置。但是，如果要用有可调部件的固定件来完成工作，则该解决方案是有利的，因为在任何情况下，必须传输总是当前的调节值或修正值。
固定件识别原则上可以通过各种方式进行，其中不仅可以不存储信息地进行单纯的固定件识别，而且可以传输存储于智能型固定件中的数据。
例如，可以简单地通过机械方式而不需要在其中存储数据地识别出在插接实施形式中的固定件的当时类型。在这里，这种识别例如可以通过一个在一组成部分中的专用插头或一些销在各自其它组成部分中的位置来完成，销是否在其位置上保证了一个二进制编码。
另一个可能性是安装磁铁，可以根据磁铁位置推断出固定件类型。磁铁探测例如可以在使用霍尔器件的情况下进行。
相反，例如电子式的变型方案允许使用微分转换电路和存储芯片，通过它们，可以在固定件中存储大量数据并且在需要时通过测量装置读出。这同样适用于光学式或电磁式存储媒体，例如磁条。数据传输例如可以通过电触点或通过电磁辐射如借助振荡环路来实现。后一种可能性的优点是，固定件能够被设计成没有外触点，由此简单地实现了测距仪和固定件的封装，从而外界环境如刻酷的自然环境如湿度或沙尘对装置使用的影响被消除了。
本发明装置的目的是，在测距精度保持不变或更高的情况下，获得明显改善的操作性以及用时更短。
以下，结合附图示意所示的实施例来简单地举例详细说明本发明的装置，其中图1是带有两个可更换固定件的距离测量装置的总体图；图2表示带有一个特殊成形的固定件的该装置的用途的一个例子，该固定件能够实现安装在一管上；图3表示借助磁铁和霍尔器件识别各固定件的一个可行方式；图4表示借助电子存储芯片识别各固定件的另一可能性；图5是由测距仪和用于与一支座连接的固定件构成的本发明装置的总体图；图6表示由该装置和一举例示出的作为支座的三脚架支座构成的总装置的运动可能性。
图7表示在测量点存在垂直落差时的本发明装置的功能和现有几何形状情况，该装置具有一用于与一支座连接的固定件；图8表示在测量点存在垂直落差时的根据现有技术的类似装置的功能和现有几何形状情况；图9表示在带有一用于与一支座连接的固定件的本发明装置以及在现有技术的装置中的不同几何形状情况；附图标记一览表1-测距仪；2-激光束；2’-激光探测器；3-第一固定件；3’-第二固定件；3”-第三固定件；4-安放芯杆；4’-隆凸凹槽；5-磁铁；6-磁场导体；7-霍尔器件；8-磁场线；9-存储器芯片；10-电子线路；11-电磁信号；12-水平转动轴线；12’-垂直转动轴线；13-三脚架；14-激光测距仪的纵轴线；15-第一测量位置；16-第二测量位置；17-修正量；A-管；B-水平转动轴线和垂直转动轴线的交点；C-下测量点；D-上测量点；具体实施方式
图1示出了将一个第一固定件3和一个第二固定件3’装到一个测距仪1上的可行方式。在这里，可更换的安装例如在与发出激光束2相反的那侧上进行，但是，也不就此排除装到测距仪1的另一个部位上的可能性。根据不同的表面，第一固定件3和第二固定件3’得到优化。例如，第一固定件3如图所示地具有一个用于安放到孔或角中的安放芯杆(Dorn)4，第二固定件3’如图所示地具有一个用于安放到管或其它球体上的隆凸凹槽4’。隆凸凹槽4’的一个可调节的实施方式使得安放到具有不同曲率半径的表面上成为可能。
图2举例示出了第二固定件3’被用于将本发明的装置明确放置到一弯曲安放面如管A上的情况。通过机械式固定连接这两个装置组成部分即测距仪1和第二固定件3’，可以相对管A明确地定位测距仪。
通过测距仪1识别第一固定件3或第二固定件3’例如可以通过图3所示的使用磁铁5和霍尔器件7来实现。在第一固定件3或第二固定件3’中，在不同的但一一对应于各固定件的位置上，安装上磁铁5。磁铁的磁场可以通过在测距仪1中的且用于霍尔器件7的磁场导体6探测到。在所示例子中，两个霍尔器件7中的一个分别只识别一个由专门为第一固定件3或第二固定件3’安设的磁铁5发出的磁场。因此，可以只通过确定这两个霍尔器件7中之一的信号，就能准确无疑地识别出第一固定件3或第二固定件3’。
图4所示的借助存储器芯片8的识别方式是另一个可行方案。在第一固定件3和第二固定件3’中，分别有一个如电子式的存储器芯片8，在该芯片中存储有专用于第一固定件3和第二固定件3’的数据。这些数据可以作为电磁信号11来传输并且由一个在这个例子中是位于测距仪1中的电子线路9接收并继续处理。
图5示意表示一个本发明的装置，其中一个固定件被用作该固定件，该装置包括一个激光测距仪1和一个在此例如是三腿式的三脚架，测距仪在其与激光束2相反的那侧上被固定在一个可更换的固定件3”上。在激光测距仪1和三脚架13之间的连接通过可转动地支承在一个水平轴线12与一垂直轴线的交点B处的固定件3”来进行。激光束2和激光探测器2’的轴线是同轴的或彼此很接近并且经过了或紧挨着转动轴线的交点经过。
在图6中示出了相互连接的组成部分及测距仪1和固定件3”可绕一水平轴线12和一垂直轴线12’转动的可能性。
图7表示将本发明的装置和一个举例示出的三脚架用于测量一个下测量点C和一个上测量点D之间的落差。由测距仪1和固定件3”构成的装置在水平轴线12和垂直轴线的交点B处可绕水平轴线12转动地与三脚架5连接。在借助激光束2测量完距测量点C的距离后，使该装置绕水平轴线12转动并且以相同方式测量距上测量点D的距离。根据这两个距离和位于其间的角度的识别结果，可以算出落差。
在图8中示出了利用现有技术装置的相似工作方式。现在，激光测距仪1的水平轴线12明显在激光束2的轴线的下面。
图9示出了这两种装置的精确比例和差别。在图9a中，垂直轴线和水平轴线12在交点B处与激光测距仪1的纵轴线14重合。在这里，纵轴线14的走向平行于并紧挨着距离测量装置的照准线。在图9b所示的现有技术装置中，激光测距仪1的纵轴线位于垂直轴线和水平轴线12的交点外。如果取激光测距仪1的与激光束射出方向相反的底面为参考点，则必须在激光测距仪从第一测量位置15翻转到第二测量位置16后为测量间距考虑一个修正量17，因为参考点本身就与交点B的间距而言已改变了。
权利要求
1.距离测量装置，它包括一个尤其是手持式的测距仪(1)和一个可更换的并最好是可安装的固定件(3；3’；3”)，其中测距仪(1)可以通过固定件(3；3’；3”)与一个基准点相关地被特殊定位，其特征在于，固定件(3；3’；3”)具有一个单一地属于该固定件的标志；设有修正机构，在测量距离时通过该修正机构来考虑由固定件(3；3’；3”)造成的与该基准点相关的特殊定位；其中所述机构可以位于测距仪(1)中，或是在固定件(3；3’；3”)中或两者中。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，通过该修正机构来结合该标志地自动识别固定件(3；3’；3”)。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该修正机构包括用于计算一个测量值并直接依靠计算来修正该测量值和/或计算并显示在测量中要考虑的修正值的装置，其中可以给出与该基准点或与一个或多个与该基准点相关的点有关的值，该修正机构包括挑选要计算的点的装置。
4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，该标志由以下的专门设计用于各固定件(3；3’；3”)的装置中的至少一个构成，即-机械的，最好是成插接头形式-电的，最好是成积分转换电路或存储器芯片(8)的形式，-光的，-电磁的，最好成磁条形式，-磁的，最好通过安装多个磁铁(5)并测量其位置，如使用霍尔器件(7)。
5.用于如前述权利要求之一所述装置的测距仪(1)，其特征在于，测距仪(1)具有一个装置，在测量距离时通过该装置来考虑与一个基准点相关的特殊定位，其中所述定位通过一个固定件(3；3’；3”)来实现，该固定件可结合一个单一地配属于它的标志来识别。
6.如权利要求5所述的用于一个装置的测距仪(1)，其特征在于，为了考虑特殊定位，该测距仪(1)包括用于依靠计算来修正一个测量值的装置和/或用于显示一个在测量中要考虑的修正值的装置，其中可以给出与该基准点或与一个或多个与该基准点相关的点有关的值。
7.用于如权利要求1-4之一所述装置的固定件(3；3’)，其特征在于，固定件(3；3’)在其安放面和一个用于一测距仪(1)的支座之间确定出精确距离，固定件(3；3’)具有一个单一地配属于该固定件的标记。
8.如权利要求7所述的固定件(3；3’)，其特征在于，通过一个测距仪(1)并结合该标记来进行固定件(3；3’)的自动识别。
9.如权利要求8所述的固定件(3；3’)，其特征在于，该标志由以下装置中的至少一个构成，即-机械的，最好是成插接头形式-电的，最好是成积分转换电路或存储器芯片(8)的形式，-光的，-电磁的，最好成磁条形式，-磁的，最好通过安装多个磁铁(5)并测量其位置，如使用霍尔器件(7)。
10.用于如权利要求1-4之一所述装置的并将一个测距仪(1)固定在一个支座上的固定件(3”)，其中测距仪(1)与该支座有关地可绕至少一个水平转动轴线(12)转动地支承着，其特征在于，固定件(3”)被设计成是可更换的，固定件(3”)在该支座和测距仪(1)之间限定出精确距离，测距仪(1)通过一个固定件(3”)如此与该支座连接，即一条要用于距离测量的且在测距仪(1)和待测目标之间的照准线的一个轴线或者一个在要用于距离测量的且在测距仪(1)与和待测目标之间的多条照准线的多个轴线之间平行延伸的轴线与该转动轴线相交。
11.如权利要求10所述的固定件(3”)，它具有测距仪(1)相对该支座的至少一个附加的垂直转动轴线，其特征在于，测距仪(1)通过一个固定件(3”)如此与该支座连接，即这两个转动轴线的交点(B)位于一条要用于距离测量的并在测距仪(1)和待测目标之间的照准线的一个轴线上或者在要用于距离测量的并在测距仪(1)和待测目标之间的多条照准线的多个轴线之间。
12.如权利要求10或11所述的固定件(3”)，其特征在于，固定件(3”)具有至少两个不同的并且与以下可调节性中的至少一个有关的可调整状态，-绕固定件(3”)的纵轴线(14)的转动，-固定件(3”)长度改变。
13.如权利要求11或12所述的固定件(3”)，其特征在于，固定件(3”)具有一个单一地配属于它的标志，可以通过该标志并利用测距仪(1)来进行自动识别。
14.如权利要求13所述的固定件(3”)，其特征在于，该标志由以下装置中的至少一个构成，即-机械的，最好是成插接头形式-电的，最好是成积分转换电路或存储器芯片(8)的形式，-光的，-电磁的，最好成磁条形式，-磁的，最好通过安装多个磁铁(5)并测量其位置，如使用霍尔器件(7)。
全文摘要
距离测量装置具有一个属于该装置的测距仪(1)和一个固定件(3；3’；3”)，它们能够实现精确且机械强度高地安放到任何形状的表面上。在测距仪(1)上装上可更换的固定件(3；3’；3”)，它们在其面向待测目标的那侧上是如此形成的，即可以实现精确地安放到当时的目标表面上。固定件的另一个用途就是将一个测距仪(1)固定在一个支座上，其中测距仪(1)在使用状态下与该支座相关地可绕至少一个水平轴线(12)转动地支承着。如此形成固定件(3”)，即可以调整该装置并随后测量不同测量点(C；D)，而不必因调整而考虑几何形状变化。
文档编号G01S7/497GK1507552SQ01821073
公开日2004年6月23日 申请日期2001年12月17日 优先权日2000年12月21日
发明者格哈德·博格尔, 托马斯·博斯, 博斯, 格哈德 博格尔 申请人:莱卡地球系统公开股份有限公司