[go: up one dir, main page]

FI87951C - Procedure for determining a point in a target space and measuring instrument for carrying out the procedure - Google Patents

Procedure for determining a point in a target space and measuring instrument for carrying out the procedure Download PDF

Info

Publication number
FI87951C
FI87951C FI911201A FI911201A FI87951C FI 87951 C FI87951 C FI 87951C FI 911201 A FI911201 A FI 911201A FI 911201 A FI911201 A FI 911201A FI 87951 C FI87951 C FI 87951C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
point
laser
directed
calibration points
indicator
Prior art date
Application number
FI911201A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI911201A0 (en
FI87951B (en
FI911201A (en
Inventor
Esa Leikas
Seppo Vaeaetaeinen
Original Assignee
Mapvision Ltd Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mapvision Ltd Oy filed Critical Mapvision Ltd Oy
Priority to FI911201A priority Critical patent/FI87951C/en
Publication of FI911201A0 publication Critical patent/FI911201A0/en
Publication of FI911201A publication Critical patent/FI911201A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI87951B publication Critical patent/FI87951B/en
Publication of FI87951C publication Critical patent/FI87951C/en

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

1 879511 87951

MENETELMÄ PISTEEN MÄÄRITTÄMISEKSI KOHDETILASSA JA OSOITIN MENETELMÄN TOTEUTTAMISEKSIMETHOD FOR DETERMINING THE POINT IN THE TARGET MODE AND POINTS FOR IMPLEMENTING THE METHOD

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 5 johdanto-osassa määritelty menetelmä pisteen määrittämiseksi kohdetilassa.The invention relates to a method as defined in the preamble of claim 1 for determining a point in a target space.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 3 johdanto-osassa määritelty osoitin, erityisesti laser-osoitin.The invention also relates to a pointer as defined in the preamble of claim 3, in particular a laser pointer.

10 Osoittimella, erityisesti laserosoittimella, tarkoitetaan laitetta, jonka avulla voidaan osoittaa haluttu piste, jonka koordinaatit tunnetaan, kohdetilassa ja vastaavasti etsiä tuntemattoman pisteen koordinaatit kohdetilassa.10 A pointer, in particular a laser pointer, means a device by means of which a desired point, the coordinates of which are known, can be indicated in the target space and, accordingly, the coordinates of an unknown point in the target space can be found.

15 Ennestään tunnetaan erilaisia teodoliittilait- teita, kuten laserteodoliitteja. LaserteodolIitissä kapea laserkeila kohdistetaan haluttuun kohdetilan konkreettiseen pisteeeseen, josta laserkeila voi heijastua takaisin. Heijastuneen säteilyn perusteella pisteen 20 etäisyys voidaan mitata esim. valopulssin kulkuajan perusteella automaattisesti.Various theodolite devices, such as laser theodolites, are already known. In a laser theodolite, a narrow laser beam is aimed at a desired concrete point in the target space from which the laser beam can be reflected back. Based on the reflected radiation, the distance of the point 20 can be measured automatically, e.g. on the basis of the travel time of the light pulse.

Epäkohtana teodoliiteilla on, että haluttua kohdetilan pistettä on etsittävä yrityksen ja erehdyksen kautta. Tämä on aikaavievää eikä välttämättä johda 25 tarkkaan tulokseen.The disadvantage of theodolites is that the desired point of the target space must be sought through trial and error. This is time consuming and may not result in 25 accurate results.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainittu ongelma. Keksinnön tarkoituksena on erityisesti saada aikaan menetelmä ja laite, jolla voidaan osoittaa suuressa tilavuudessa nopeasti ja automaattisesti pis-30 teen paikka kolmiulotteisesti.The object of the invention is to eliminate the above-mentioned problem. The object of the invention is in particular to provide a method and a device with which the position of a droplet can be quickly and automatically indicated in a large volume in three dimensions.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.The method according to the invention is characterized by what is stated in claim 1.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä pisteen määrittämiseksi kohdetilassa ainakin kahden säteilyläh-35 teen säteilykeilat suunnataan pisteeseen ja pisteen paikka määritetään säteilylähteen paikka- ja suuntatie-tojen perusteella. Keksinnön mukaisesti säteilylähteet 2 87951 järjestetään kohdetilaan etäisyyden päähän toisistaan; kohdetila määritetään järjestämällä kohdetilaan joukko kalibrointipisteitä, joita on ainakin kuusi kappaletta ja joiden sijainti kolmiulotteisessa kohdetilassa tun-5 netaan; säteilylähteiden säteilykeilat suunnataan kuhunkin kalibrointipisteeseen ja säteilykeilojen suuntakulmat talletetaan kunkin kalibrointipieteen osalta ja suuntakulmien ja kalibrointipisteiden tunnettujen sijaintien avulla määritetään kolmiulotteinen kohdetila; 10 säteilykeilojen suuntakulmat haluttuun pisteeseen lasketaan, jonka pisteen kolmiulotteiset koordinaatit tunnetaan, kalibroinnin avulla määritellyssä kohdetilassa; ja säteilylähteiden säteilykeilat suunnataan haluttuun pisteeseen laskettujen suuntakulmien avulla.In the method according to the invention for determining a point in the target space, the radiation beams of at least two radiation sources are directed to the point and the position of the point is determined on the basis of the position and direction information of the radiation source. According to the invention, the radiation sources 2 87951 are arranged in the target space at a distance from each other; the target space is determined by arranging in the target space a plurality of calibration points of at least six, the location of which in the three-dimensional target space is known; the radiation beams of the radiation sources are directed to each calibration point and the directional angles of the radiation beams are stored for each calibration station, and the three-dimensional target space is determined by the known locations of the directional angles and calibration points; The directional angles of the radiation beams to the desired point, the three-dimensional coordinates of which point are known, are determined by calibration in the target state; and the radiation beams of the radiation sources are directed to the desired point by means of calculated directional angles.

15 Menetelmän eräässä sovellutuksessa kohdetilaan järjestetään joukko ylimääräisiä kalibrointipisteitä, joita on yksi tai useampia säteilylähdettä kohden.15 In one embodiment of the method, a plurality of additional calibration points are provided in the target space per one or more radiation sources.

Kalibrointipisteet ovat kohdetilaan järjestettyjä pisteitä, jotka kalibroinnin jälkeen voidaan pois-20 taa kohdetilasta. Ne ovat sopivasti merkittyjä ja sinänsä helposti määritettäviä kohtia kohdetilassa. Kaikkien kalibrointipisteiden absoluuttisia kolmiulotteisia koordinaatteja ei tarvitse välttämättä tuntea; useimmiten riittää, kun joukko kalibrointipisteiden keskimää-25 räisiä etäisyyksiä tunnetaan ja vain yksi piste näistä on määritetty koordinaateiltaan.Calibration points are points arranged in the target state that can be removed from the target state after calibration. They are appropriately marked and in themselves easily identifiable points in the target space. The absolute three-dimensional coordinates of all calibration points need not be known; in most cases it is sufficient when the average distances of 25 calibration points are known and only one of these points is determined by its coordinates.

Keksinnön mukaiselle osoittimelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 3.The pointer according to the invention is characterized by what is stated in claim 3.

Keksinnön mukaiseen osoittimeen, erityisesti 30 laserosoittimeen, pisteen määrittämiseksi kohdetilassa kuuluu ainakin kaksi säteilylähdettä, erityisesti laseria, pienen avautumiskulman omaavan säteilykeilan aikaansaamiseksi ja säteilykeilan suuntakulman määritys-laitteet kullekin säteilylähteelle. Keksinnön mukaisesti 35 osoittimen säteilylähteet, erityisesti laserit, on asennettu etäisyyden päähän toisistaan; kumpaankin säteilylähteeseen kuuluu säteilykeilan suuntauslaitteet, 3 87951 joiden avulla säteilykeilat saadaan suunnatuksi koh-detilassa; osoittimeen kuuluu tietojenkäsittelylaite, johon ennalta määrättyjen kalibrointipisteiden parametrit, kuten sätelykeilojen suuntakulmat, on tallennettu, 5 ja johon säteilylähteiden säteilykeilojen suuntakulmat luetaan kulmanmäärityslaitteelta silloin, kun laserlait-teet on suunnattu kalibrointipisteeseen, ja silloin, kun laserlaitteet on suunnattu määritettävään pisteeseen, ja jossa kalibrointipisteiden ja näiden mitattujen 10 kulma-arvojen avulla lasketaan määritettävän pisteen koordinaattien perusteella tälle pisteelle kummankin säteilylähteen säteilykeilan kulma-arvot ja näiden perusteella säteilylähteiden säteilykeilat suunnataan suuntauslaitteilla näihin pisteisiin.The pointer according to the invention, in particular the laser pointer 30, for determining a point in the target space comprises at least two radiation sources, in particular a laser, for obtaining a radiation beam with a small opening angle and means for determining the direction of the beam direction for each radiation source. According to the invention, the radiation sources of the 35 pointers, in particular the lasers, are mounted at a distance from each other; each radiation source includes radiation beam directing devices, 3 87951, by means of which the radiation beams are directed in the target space; the pointer comprises a data processing device in which the parameters of predetermined calibration points, such as the directional angles of the beam beams, are stored, 5 and in which the directional the measured angular values 10 are used to calculate the angular values of the radiation beams of each radiation source on the basis of the coordinates of the point to be determined, and on the basis of these the radiation beams of the radiation sources are directed to these points by means of orientation devices.

15 Tietojenkäsittelylaitteeseen kuuluu välineet kalibrointipisteiden kolmiulotteisten koordinaattitietojen syöttämiseksi laitteen muistiin. Tiedot voidaan syöttää magneettisilta tietovälineiltä, linjasiirrolla tai sähkömagneettisen säteilyn avulla esim. radioteitse. 20 Tiedot voidaan syöttää myös näppäimistöllä tietojenkäsittely la itteeseen .15 The data processing device comprises means for inputting the three-dimensional coordinate data of the calibration points into the memory of the device. The data can be entered from magnetic data carriers, by line transmission or by means of electromagnetic radiation, e.g. by radio. 20 Data can also be entered using the keypad on a data processing device.

Osoittimen eräässä sovellutuksessa kunkin säteilykeilan suuntauslaitteeseen kuuluu toimilaite ja tämän avulla suunnattava peili. Säteilykeila suunnataan 25 tällöin peilin avulla kohdetilan pisteeseen.In one embodiment of the pointer, each beam directing device includes an actuator and a mirror to direct it. The radiation beam is then directed to the point of the target space by means of a mirror.

. . Osoittimen eräässä sovellutuksessa kuhunkin säteilykeilan suuntauslaitteeseen kuuluu toimilaite, jolla säteilylähdettä, edullisimmin laseria, suunnataan. Osoittimen eräässä sovellutuksessa kunkin säteilykeilan 30 suuntauslaitteeseen kuuluu ohjain, jonka avulla säteily-lähteen säteilykeilaa voidaan suunnata manuaalisesti.. . In one embodiment of the pointer, each radiation beam directing device includes an actuator for directing a radiation source, most preferably a laser. In one embodiment of the pointer, the directional device of each radiation beam 30 includes a controller by means of which the radiation beam of the radiation source can be manually directed.

Keksinnön etuna on, että menetelmää soveltavan osoittimen avulla pisteen paikka suuressa tilavuudessa voidaan osoittaa nopeasti ja automaattisesti. Tätä 35 keksinnön ominaisuutta voidaan hyödyntää hyvin monenlaisissa sovellutuksissa, kuten rakennuksilla, erilaisissa asennuksissa, koneenrakennuksessa jne.The advantage of the invention is that by means of a pointer applying the method, the position of a point in a large volume can be indicated quickly and automatically. This feature of the invention can be utilized in a wide variety of applications, such as buildings, various installations, mechanical engineering, etc.

4 879514 87951

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaista laser-osoitinta; 5 kuva 2a esittää erästä käytännön toteutusta keksinnön mukaisesta laserosoittimesta; kuva 2b esittää tällaisessa lasersoittimessa käytettävää laserlaitetta osittain aukileikattuna; ja kuvat 3a, 3b ja 4 liittyvät laserosoittimen matemaat-10 tiseen mallintamiseen.The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 schematically shows a laser pointer according to the invention; Figure 2a shows a practical implementation of a laser pointer according to the invention; Figure 2b shows a partial section of a laser device used in such a laser player; and Figures 3a, 3b and 4 relate to mathematical modeling of a laser pointer.

Kuva 1 esittää havainnollisesti ja yksinkertaisesti keksinnön mukaista laserosoitinta. Siihen kuuluu kaksi laseria l, 2. Laserilla saadaan aikaan pienen avautumiskulman omaava säteilykeila. Kumpaakin 15 laseria 1, 2 voidaan liikuttaa, tai ainakin suunnata laserin säteilykeilaa 8, 9 euuntauslaitteella 3, 4 kahdessa toisiaan vasten kohtisuorassa tasossa Xa., Yx. Suuntakulmat näissä tasoissa voidaan mitata kulmanmääri-tyslaitteilla 5, 6. Laserit 1, 2 on asennettu etäisyyden 20 s päähän toisistaan. Osoittimeen kuuluu edelleen tietojenkäsittely laite 7, johon on yhdistetty molempien lasereiden 1, 2 suuntauslaitteet 3, 4 ja kulmanmääritys-laitteet 5, 6. Tietojenkäsittelylaitteeseen 7 on yhdistetty lisäksi näppäimistö 10 ja näyttö 19.Figure 1 illustrates and simply shows a laser pointer according to the invention. It comprises two lasers l, 2. The laser provides a radiation beam with a small opening angle. Each of the lasers 1, 2 15 can be moved, or at least directed, by the laser beam 8, 9 by an ejection device 3, 4 in two planes Xa., Yx perpendicular to each other. The directional angles in these planes can be measured with angle determining devices 5, 6. The lasers 1, 2 are mounted at a distance of 20 s from each other. The pointer further comprises a data processing device 7 to which the aiming devices 3, 4 and the angle determining devices 5, 6 of both lasers 1, 2 are connected. The data processing device 7 is further connected to a keyboard 10 and a display 19.

25 Laserit 1, 2 on asennettu riittävän etäisyyden s päähän toisistaan siten, että laserien 1, 2 säteily-keilat 8, 9 voivat leikata toisensa kohdetilassa.The lasers 1, 2 are mounted at a sufficient distance s from each other so that the radiation beams 8, 9 of the lasers 1, 2 can intersect in the target space.

Kun laserlaitteet on asennettu tukevasti paikoilleen, suoritetaan laserosoittimen kalibrointi. Tämä 30 tapahtuu siten, että kumpikin lasersäde 8, 9 suunnataan osoittamaan sellaista pistettä, jonka kolmiulotteiset koordinaatit tunnetaan. Näitä pisteitä kutsutaan kalib-rointipisteiksi. Kalibrointipisteitä Po tarvitaan tässä tapauksessa vähintään kuusi, Ραχ, Pea, Pea, Po«, Pes ja 35 Ροβ, mutta on suositeltavaa käyttää ylimääräisiä kalibrointipisteitä aina viiteentoista pisteeseen asti. Ylimääräisten kalibrointipisteiden avulla eliminoidaan 5 87951 mittauslaitteiden virheitä. Kalibrointi on kertaluonteinen toimenpide, jota ei tarvitse uusia niin kauan kuin laserit 1, 2 ovat paikoillaan eikä niitä siirretä. On kuitenkin huomattava, että lasereiden kiinteä ryhmä, 5 joka on kiinnitetty alustaan tai runkoon siten, että keskinäiset etäisyydet pysyvät vakioina, voidaan kokonaisuutena kuitenkin siirtää, eikä kalibrointia tällöin tarvitse toistaa.Once the laser equipment is securely installed, the laser pointer is calibrated. This 30 takes place in such a way that each laser beam 8, 9 is directed to indicate a point whose three-dimensional coordinates are known. These points are called calibration points. Calibration points Po are required in this case at least six, Ραχ, Pea, Pea, Po «, Pes and 35 Ροβ, but it is recommended to use additional calibration points up to fifteen points. Additional calibration points eliminate 5 87951 measuring device errors. Calibration is a one-time operation that does not need to be renewed as long as the lasers 1, 2 are in place and not being moved. It should be noted, however, that the fixed array of lasers 5 attached to the substrate or body so that the mutual distances remain constant as a whole can be shifted, and the calibration does not need to be repeated.

Kalibroinnin suorittamiseksi osoittimeen kuuluu 10 kumpaakin laseria 1, 2 varten oma käsiohjain 11, 12. Näiden ohjaimien avulla lasereita 1, 2 voidaan suunnata siten, että laserien säteilykeilat 8, 9 saadaan suunnatuksi valittuihin kalibrointipisteisiin Poi, Poa, Po3, Po*, Poa ja Poe· 15 Kutakin edellä mainittua kalibrointipistettä kohti suoritetaan seuraavat operaatiot. Suunnataan kumpikin säteilykeila 8, 9 kalibrointipisteeseen Poi, ..., Poe käsiajolla käyttäen käsiohjaimia 11, 12. Kunkin kalibrointipisteen kohdalla laserien 1, 2 suuntakoor-20 dinaatit luetaan kulmanmäärityslaitteelta 5, 6 esim.To perform the calibration, the pointer 10 has its own hand control 11, 12 for each laser 1, 2. By means of these controllers the lasers 1, 2 can be directed so that the radiation beams 8, 9 of the lasers are directed to the selected calibration points Poi, Poa, Po3, Po *, Poa and Poe · 15 For each of the above calibration points, perform the following operations. Each beam of radiation 8, 9 is directed to the calibration point Poi, ..., Poe by manual operation using the hand guides 11, 12. At each calibration point, the direction coordinates of the lasers 1, 2 are read from the angle determining device 5, 6 e.g.

antamalla komento tietojenkäsittelylaitteelle 7 näppäimistön 10 kautta.by issuing a command to the data processing device 7 via the keyboard 10.

Kun kaikki kalibrointipisteet on käyty läpi, käynnistetään tietojenkäsittelylaitteen 7 laskentaohjel-25 ma, joka kalibrointipisteiden ja vastaavien lasereiden 1, 2 mitattujen kulma-arvojen avulla laskee järjestelmälle parametriarvot. Laskenta perustuu sopivaan matemaattiseen malliin, jota selostetaan jäljempänä.When all the calibration points have been completed, the calculation program of the data processing device 7 is started, which calculates the parameter values for the system by means of the measured angle values of the calibration points and the corresponding lasers 1, 2. The calculation is based on a suitable mathematical model, which is described below.

Laserosoitinta voidaan nyt käyttää esim. siten, 30 että näppäimistöltä 10 syötetään halutun kohdetilan pisteen P koordinaatit X, Y, Z tietojenkäsittelylaitteelle 7, joka parametriarvojen avulla laskee sopivat suuntakulmat laserien 1, 2 säteilykeiloille 8, 9. Näiden laskettujen kulma-arvojen perusteella ohjataan kumpikin 35 laser 1, 2 suuntauslaitteittensa 3, 4 avulla ja tarkkailemalla kulmanmäärityslaitteita 5, 6 oikeaan suuntakulmiinsa, jolloin säteilykeilat 8, 9 leikkaavat määritel- 6 37951 lyssä halutussa pisteessä P. Sätellykellojen leikkauspiste P voidaan hakea yksinkertaisimmillaan pienen levyn avulla. Kun levy on halutussa kohdassa, sen pinnalla näkyy ainoastaan yksi. laserpiste. Levyn ollessa sivussa 5 halutusta kohdasta näkyy kaksi laserpistettä, joiden keskinäinen etäisyys pienenee liikutettaessa levyä kohti oikeaa kohtaa.The laser pointer can now be used, for example, so that the coordinates X, Y, Z of the desired target space point P are entered from the keyboard 10 to the data processing device 7, which calculates suitable direction angles for the radiation beams 8, 9 of the lasers 1, 2 on the basis of these calculated angles. laser 1, 2 by means of its orienting devices 3, 4 and by observing the angle determining devices 5, 6 at their right directional angles, whereby the radiation beams 8, 9 intersect at the desired point P in the definition. The intersection point P of the control clocks can be found simply by a small plate. When the disc is in the desired position, only one appears on its surface. laser dot. When the disc is on page 5, two laser dots appear from the desired point, the mutual distance of which decreases as you move the disc to the correct point.

Eräs keksinnön mukaisen laserosoittimen toteutus on esitetty havainnollisesti kuvassa 2a. Tietojen-10 käsittelylaite on mikrotietokone 7a ja näppäimistö sekä näyttö ovat mikrotietokoneen näppäimistö 10a ja näyttö 19a vastaavasti. Laserit 1, 2 on sovitettu laserlait- teisiin 13, 14. Mikrotietokone 7a on liitetty sovitus-laitteisiin 15, 16, ja nämä edelleen laserlaitteisiin 15 13, 14. Sovituslaitteita 15, 16 on edullisesti yhtä monta kuin laserlaitteitakin. Sovituslaitteen 15, 16 avulla mikrotietokone 7a sovitetaan yhteen laserlait-teiden 13, 14 mittausantureiden ja toimilaitteiden kanssa. Käsiohjaimet on toteutettu joystick-tyyppisinä 20 vipuohjäiminä 17, 18, jotka on yhdistetty sovituslait- • -· teeseen 15, 16.An implementation of a laser pointer according to the invention is illustrated in Figure 2a. The data-processing device 10 is a microcomputer 7a and the keyboard and the display are the microcomputer keyboard 10a and the display 19a, respectively. The lasers 1, 2 are arranged in the laser devices 13, 14. The microcomputer 7a is connected to the matching devices 15, 16, and these are further connected to the laser devices 15 13, 14. There are preferably as many matching devices 15, 16 as there are laser devices. By means of the matching device 15, 16, the microcomputer 7a is matched with the measuring sensors and actuators of the laser devices 13, 14. The hand controls are implemented as joystick-type 20 lever controllers 17, 18 connected to a fitting device 15, 16.

Laserlaite 13, 14 on esitetty kaaviomaisesti kuvassa 2b. Tähän kuuluu varsinainen laser 20, kuten HeNe-laser, teholähteineen. Tästä saatava laserkeila .25 21, jonka aallonpituus on näkyvällä spektrinosalla, . . kuten n. 6300 nm, osoitetaan peilijärjestelyyn 22 ja poikkeutetaan sen avulla haluttuun suuntaan. Peilijärjestelyyn 22 kuuluu ainakin yksi peili 23, toimilaitteet 24 ja kulmanmittausanturit 25. Peiliä 23 voidaan kääntää 30 toimilaitteella 24 kahdessa kohtisuorassa tasossa ja vastaavasti kulmanmittausantureilla 25 mitata kääntökul-mat. Laser 20 ja peilijärjestely 22 on sovitettu koteloon 26. Peilijärjestelyyn kuuluu vielä suojalasi 27, jonka läpi lähtevä säteilykeila 8, 9 ohjataan ulos 35 laserlaitteesta.The laser device 13, 14 is shown schematically in Figure 2b. This includes the actual laser 20, such as the HeNe laser, with its power supplies. The resulting laser beam .25 21 with a wavelength in the visible part of the spectrum,. . such as about 6300 nm, is pointed at the mirror arrangement 22 and used to deflect it in the desired direction. The mirror arrangement 22 includes at least one mirror 23, actuators 24 and angle measuring sensors 25. The mirror 23 can be rotated by the actuator 24 in two perpendicular planes and the angle measuring sensors 25 can be used to measure the angles of rotation. The laser 20 and the mirror arrangement 22 are arranged in a housing 26. The mirror arrangement further comprises a protective glass 27, through which the outgoing radiation beam 8, 9 is directed out of the laser device 35.

Seuraavassa esitetään laserosoittimen eräs matemaattinen malli, joka sitoo yhteen kohdetilan pis- 7 87951 teiden koordinaatit ja laserien 1, 2 säteilykeilojen suuntakulmat.The following is a mathematical model of a laser pointer that binds together the coordinates of the points in the target space and the directional angles of the radiation beams of the lasers 1, 2.

Laserosoittimen matemaattisessa mallissa oletetaan, että laserlaitteen eri suuntiin lähettämät sätei-5 lykeilat lähtevät samasta pisteestä, tai (riippuen säteilykeilan poikkeutuspeilijärjestelmän rakenteesta) säteilykeilojen jatkeet leikkaavat aina jossakin kuvitellussa pisteessä, jota nimitetään projektiokeskuksek-si PO. Laserkeila lähtee suuntaan, jonka määräämiseksi 10 tarvitaan kaksi tasokulma-arvoa a ja β (pallokoordinaa-tit). Kulmien määrittelemiseksi katsotaan tässä, että kaikki säteilykeilat leikkaavat projektiokeskuksen edessä olevan (kuvitellun) tason 1. Tason 1 kohtisuoraa etäisyyttä projektiokeskuksesta merkitään vektorilla c_. 15 Tämän tason 1 leikkaa toinen taso 2. Taso 2 on kohtisuorassa tasoa 1 vastaan ja siihen sisältyy projektiokes-kus. Lisäksi määritellään taso 3, joka on kohtisuorassa sekä tasoa 1 että 2 vastaan ja sisältää sekin projektiokeskuksen PO (kuva 3a). Kun nyt lähtevä laserkeila 20 projisoidaan tasoille 2 ja 3, ovat kulmat a ja β projek-tiosuorien ja vektorin c_ muodostamat kulmat.The mathematical model of the laser pointer assumes that the beam 5 emitted by the laser device in different directions originate from the same point, or (depending on the structure of the beam deflection mirror system) the beam extensions always intersect at some imaginary point called the projection center PO. The laser beam emits in a direction that requires two plane angle values a and β (spherical coordinates) to determine. To define the angles, it is considered here that all the radiation beams intersect the (imaginary) plane 1 in front of the projection center. The perpendicular distance of the plane 1 from the projection center is denoted by the vector c_. 15 This level 1 intersects the second level 2. The level 2 is perpendicular to the level 1 and includes the projection center. In addition, a plane 3 is defined, which is perpendicular to both plane 1 and 2 and also includes the projection center PO (Fig. 3a). When the outgoing laser beam 20 is now projected onto planes 2 and 3, the angles α and β are the angles formed by the projection lines and the vector c_.

Niiden pisteiden, joita laserosoittimella on tarkoitus paikoittaa (kohdepisteet), koordinaatit eivät kuitenkaan juuri milloinkaan ole pallokoordinaatteja, 25 vaan suorakulmaisen XYZ-koordinaattijärjestelmän koordinaatteja. MääritelIäksemme yhteyden kohdepisteiden koordinaattijärjestelmän ja laserosoittimen koordinaatti j ärj estelmän välille laserosoittimen pallokoordinaatit muutetaan suorakulmaisiksi. Tässä menetellään siten, 30 että tasoon 1 kiinnitetään kaksiulotteinen xy-koordinaa-tisto, jonka akselit ovat yhdensuuntaiset niiden suorien . . kanssa, jotka muodostuvat tasojen 2 ja 3 leikatessa tasoa 1. Jos vektori _c leikkaa tason 1 pisteessä (xO, yO) ja laserkeila saman tason kohdassa (x, y), saadaan 35 kuvan 3b merkinnöin: x - xO - c tan o (l) y - yO - σ sin β/cos α 8 07951However, the coordinates of the points that the laser pointer is to position (target points) are almost never spherical coordinates, but the coordinates of a rectangular XYZ coordinate system. To define the connection between the coordinate system of the target points and the coordinate system of the laser pointer, the spherical coordinates of the laser pointer are made rectangular. Here, the procedure is 30 so that a two-dimensional xy coordinate system whose axes are parallel to their lines is fixed to the plane 1. . formed by planes 2 and 3 intersecting plane 1. If the vector _c intersects the plane 1 at a point (xO, yO) and the laser beam at the same plane (x, y), 35 are obtained by notation in Figure 3b: x - xO - c tan o (l ) y - yO - σ sin β / cos α 8 07951

Jos nollakulmia vastaava vektori ei ole yhdensuuntainen ci n kanssa, on yllä olevassa yhtälöryhmässä (1) korvattava a ja β lausekkeilla a - aO ja β - fio, jolloin kulmilla aO ja βΟ saavutetaan yhdensuuntaisuus vektorin 5 c kanssa,If the vector corresponding to the zero angles is not parallel to ci n, in the above group of equations (1) a and β must be replaced by the expressions a - aO and β - fio, the angles aO and βΟ being parallel to the vector 5 c,

Siirrytään nyt tarkastelemaan tilannetta, jossa laserin säteilykeila osuu avaruudessa olevaan pisteeseen P lähtien laserlaitteen projektiokeskuksesta PO (kuva 4). Merkinnät ovat seuraavat: 10 - projektiokeskuksesta PO tasolle 1 vedetty kohtisuora vektori on jc, - vektori c_ leikkaa tason 1 pisteessä p0(x0, yO), - laserkeila leikkaa tason 1 pisteessä p(x, y), - kohdepiste on P ja sen kolmiulotteiset kohdekoordinaa- 15 tit ovat X, Y, Z, - projektiokeskuksen PO koordinaatit kohdeavaruudessa ovat X0, YO, ZO, Näiden kahden koordinaattijärjestelmän välillä vallitsee nyt yhteys 20Let us now turn to the situation in which the beam of the laser beam strikes a point P in space starting from the projection center PO of the laser device (Fig. 4). The notations are as follows: 10 - the perpendicular vector drawn from the projection center PO to plane 1 is jc, - the vector c_ intersects the plane 1 at point p0 (x0, yO), - the laser beam intersects the plane 1 at point p (x, y), - the target point is P and its three-dimensional the target coordinates are X, Y, Z, - the coordinates of the projection center PO in the target space are X0, YO, ZO. There is now a connection between the two coordinate systems 20

X-XO X-XOX-XO X-XO

y-yo k x R x Y-YO (2)y-yo k x R x Y-YO (2)

-c Z-ZO-c Z-ZO

missä R on ortogonaalinen ns. kiertomatriisi 25where R is an orthogonal so-called rotation matrix 25

Jakamalla yhtälöryhmän (2) kaksi ylintä riviä alimmalla, saadaan rxi(X-XO) + ria(Y-Y0) + ris(Z-ZO) 30 x * -c x-------—------------------——— + x0 r3a. (X-XO) + r»a (Y-YO) + raa(Z-ZO) (3) rax(X-XO) + Taa(Y-YO) + Taa(Z-ZO) y = -c x---------------------------------+ yo, 35 r3a. (X-XO) + raa (Y—YO) + raa(Z-ZO) jossa rxa., ria,. · · ovat kiertomatriisin R elementtejä. Saatu yhtälö on ns. sädekimppumallin perusyhtälö. Säde-kimppumalli on yleisesti käytetty fotogrammetristen 9 37951 ongelmien ratkaisussa, ja sitä on tarkemmin selvitetty esim. teoksessa Francis H. Moffitt - Edward M. Mikhael: Photogrammetry.Dividing the top two rows of the group of equations (2) by the lowest gives rxi (X-XO) + ria (Y-Y0) + ris (Z-ZO) 30 x * -c x -------—----- -------------——— + x0 r3a. (X-XO) + r »a (Y-YO) + raa (Z-ZO) (3) Rax (X-XO) + Taa (Y-YO) + Taa (Z-ZO) y = -c x- -------------------------------- + yo, 35 r3a. (X-XO) + raa (Y-YO) + raa (Z-ZO) where rxa., Ria ,. · · Are elements of the rotation matrix R. The resulting equation is the so-called the basic equation of the beam model. The beam beam model is commonly used in solving photogrammetric 9 37951 problems, and is explained in more detail, for example, in Francis H. Moffitt - Edward M. Mikhael: Photogrammetry.

Edellä esitetty matemaattinen käsittely on 5 kuitenkin vain yksi mahdollisuus, joskin se on varsin joustava ja sitä voidaan soveltaa monenlaisiin käytännön tilanteisiin. Valittava matemaattinen malli riippuu kuitenkin itse laserlaitteiden fysikaalisista ominaisuuksista, joista tärkein ei ole esim. yllä esitetyssä 10 mallissa oletettu säteiden näennäinen tulo samasta projektiopisteestä. Tärkein valittavan laserlaitteen ominaisuus on koordinaattien toistettavuus siten, että valituilla kulma-arvoilla tai muilla laitteen ohjaus-suureilla osutaan aina samoihin kohdeavaruuden pistei-15 siin.However, the mathematical treatment presented above is only one possibility, although it is quite flexible and can be applied to a wide range of practical situations. However, the mathematical model to be chosen depends on the physical properties of the laser devices themselves, the most important of which is not, for example, the assumed product of rays from the same projection point assumed in the 10 models presented above. The most important feature of the laser device to be selected is the reproducibility of the coordinates, so that the selected angles or other device control quantities always point to the same points in the target space.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyä sovellutusesimerkkiä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.The invention is not limited to the application example presented above, but many modifications are possible while remaining within the scope of the inventive idea defined by the claims.

Claims (6)

1. Förfarande för bestämning av en punkt i ett mälutrymme, vid vilket förfarande ätminstone tvä sträl- 5 kaliors (1, 2) strälkäglor (8, 9) riktas mot en punkt (P) och punktens position bestäms med stöd av strälkäl-lornas positions- och riktningsdata, känne-t e c k n a t därav, att - strälkällorna (1, 2) anordnas i mälutrymmet pä ett 10 avständ (s) frän varandra; - mälutrymmet definieras genom att i mälutrymmet anord-na en mängd kalibreringspunkter (Pcl, Pc2, Pc3/ Pc4, Pc5 ja Pc6), av vilka det f inns ätminstone sex stycken och vilkas lägen i det tredimensionella mälutrymmet är 15 kända; - strälkällornas (1, 2) strälkäglor (8, 9) riktas mot var och en av kalibreringspunkterna (Pcl, Pc2, Pc3, Pc4, Pc5 och P J och - strälkällornas riktningsvinklar lagras för var och en 20 kalibreringspunkts del och - med hjälp av riktningsvinklarna och kalibreringspunk-ternas koordidater definieras det tredimensionella ... mälutrymmet; - strälkäglornas riktningsvinklar tili den önskade 25 punkten (P) beräknas, vilken punkts tredimendionella koordinater är kända, med hjälp av kalibreringen i det definierade mälutrymmet; och - strälkällornas (1, 2) strälkäglor (8, 9) riktas mot den önskade punkten (P) med hjälp av de beräknade rikt- 30 ningsvinklarna.A method of determining a point in a storage space, wherein a method of at least two beam cones (1, 2) beam cones (8, 9) is directed to a point (P) and the position of the point is determined by the position of the beam sources. - and directional data, characterized in that - the beam sources (1, 2) are arranged in the target space at a distance (s) from each other; - the stock space is defined by providing in the stock space a plurality of calibration points (Pcl, Pc2, Pc3 / Pc4, Pc5 and Pc6), of which there are at least six pieces and whose positions in the three-dimensional stock space are known; - The beam cones (1, 2) of the beam cones (8, 9) are directed to each of the calibration points (Pcl, Pc2, Pc3, Pc4, Pc5 and PJ) and - the direction angles of the beam sources are stored for each part of the calibration points and - by means of the direction angles and the coordinates of the calibration points are defined the three-dimensional ... interspace space - the direction angles of the beam cones to the desired point (P) are calculated, which three-dimensional coordinates of the point are known, by means of the calibration in the defined interspace space, and - beam 2, beam cones (8, 9) are directed to the desired point (P) by means of the calculated directional angles. 2. Förfarande enligt patentkrav 1, känne-tecknat därav, att i mälutrymmet anordnas en mängd extra kalibreringspunkter, av vilka det finns en eller flera per strälkälla.2. A method according to claim 1, characterized in that a plurality of extra calibration points, of which there are one or more per beam source, are arranged in the storage space. 3. Indikator, speciellt en laserindikator, för bestämning av punkt (P) i mälutrymmet, tili vilken indikator hör ätminstone tvä strälkällor (1, 2), spe- 13 87951 ciellt laser, för ästadkommande av en strälkägla (8, 9) med liten öppningsvinkel och bestämnlngsanordningar (5, 6. för strälkäglans riktningsvlnkel för var och en strälkälla, kännetecknad därav, att 5 - indikatorns strälkällor, speciellt laser (1, 2), är monterade pä ett avständ (s) frän varaandra; - tili vardera strälkällan hör riktningsanordningar (3, 4. för laserkäglan, med vilkas hjälp strälkäglorna (8, 9. kan riktas i mälutrymmet; 10. tili indikatorn hör en databehandlingsanordning (7), väri de pä förhand definierade kalibreringspunkternas (pd, pc2, Pc3/ Pc4, Pc5 och Pc6) koordinater har lagrats, och väri strälkällornas strälkäglors riktningsvinklar avläses frän vinkelbestämningsanordningarna (5, 6) dk, 15 när laseranordningarna är riktade mot kalibreringspunk-ten (P ,, P _, P ,, P· , Pe och PJ, och dä när, lase-ranordningarna är riktade mot punkten (P), som skall bestämmas, och väri med hjälp av kalibreringspunkterna och deras uppmätta vinkelvärden beräknas pä basen av 20 punktens, som skall bestämmas, koordinater vinkelvärden för vardera strälkällans strälkäglor mot denna punkt och pä grund härav riktas strälkällornas strälkäglor med riktningsinställningsanordningarna mot dessa pun-: ter. ;· 253. An indicator, in particular a laser indicator, for determining point (P) in the storage compartment, to which the indicator includes at least two beam sources (1, 2), specifically laser, for providing a beam cone (8, 9) with a small opening angle and determining means (5, 6. for the direction angle of the beam cone for each beam source, characterized in that the 5-light beam sources, in particular laser (1, 2), are mounted at a distance (s) from each other; - to each beam source belongs directional devices (3, 4. for the laser cone, with the aid of which the beam cones (8, 9 can be directed in the storage compartment; 10. to the indicator belong to a data processing device (7), where the pre-defined calibration points (pd, pc2, Pc3 / Pc4, Pc5 and Pc6) coordinates have been stored, and the direction angles of the beams of the beams are read from the angle-determining devices (5, 6) dk, when the laser devices are directed to the point of calibration (P ,, P _, P ,, P ·, Pe and PJ, and where, the laser devices are directed to the point (P) to be determined and, using the calibration points and their measured angular values, are calculated on the basis of The angles of the point to be determined coordinate the beams of each beam source to this point and, as a result, the beams of the beam sources are directed with the direction adjustment devices to these points. ; · 25 4. Indikator enligt patentkrav 3, känne tecknad därav, att tili var och en strälkäglas riktningsanordning (3, 4) hör en funktionsanordning och en med dennas hjälp riktbar spegel.4. An indicator according to claim 3, characterized in that the direction device (3, 4) of each beam cone (3, 4) includes a functional device and a mirror which can be directed with the aid thereof. 5. Indikator enligt patentkrav 3, k ä n n e -30 tecknad därav, att tili var och en strälkäglas riktningsanordning (3, 4) hör en funktionsanordning, med vilken strälkällan, fördelaktigast lasern, riktas.5. An indicator as claimed in claim 3, characterized in that the directional device (3, 4) of each beam cone means a functional device with which the beam source, most advantageously the laser, is directed. 6. Indikator enligt patentkrav 3, 4 eller 5, kännetecknad därav, att tili var och en 35 strälkällas riktningsanordning (3, 4) hör en manövre-ringsanordning (11, 12), med vars hjälp strälkällans strälkägla kan riktas manuellt.6. An indicator according to claim 3, 4 or 5, characterized in that the direction device (3, 4) of each beam source (3, 4) includes an actuator (11, 12), by means of which the beam cone of the beam source can be directed manually.
FI911201A 1991-03-12 1991-03-12 Procedure for determining a point in a target space and measuring instrument for carrying out the procedure FI87951C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI911201A FI87951C (en) 1991-03-12 1991-03-12 Procedure for determining a point in a target space and measuring instrument for carrying out the procedure

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI911201A FI87951C (en) 1991-03-12 1991-03-12 Procedure for determining a point in a target space and measuring instrument for carrying out the procedure
FI911201 1991-03-12

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI911201A0 FI911201A0 (en) 1991-03-12
FI911201A FI911201A (en) 1992-09-13
FI87951B FI87951B (en) 1992-11-30
FI87951C true FI87951C (en) 1993-03-10

Family

ID=8532091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI911201A FI87951C (en) 1991-03-12 1991-03-12 Procedure for determining a point in a target space and measuring instrument for carrying out the procedure

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI87951C (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI113293B (en) 2001-04-19 2004-03-31 Mapvision Oy Procedure for pointing to a point in a measurement space

Also Published As

Publication number Publication date
FI911201A0 (en) 1991-03-12
FI87951B (en) 1992-11-30
FI911201A (en) 1992-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8467072B2 (en) Target apparatus and method of making a measurement with the target apparatus
CN101535764B (en) Grade indicating device and method
US6473716B1 (en) Three-dimensions measuring method and surveying equipment using the same
US8567077B2 (en) Laser tracker system and technique for antenna boresight alignment
US20160153767A1 (en) Inertial dimensional metrology
CN109633575B (en) Three-axis calibration system and method for satellite-borne microwave optical composite radar
US20060137194A1 (en) Method and apparatus for distance measurement
US20150022826A1 (en) Target apparatus and method
WO1994028375A1 (en) Method and system for geometry measurement
AU2862192A (en) Method and system for point by point measurement of spatial coordinates
CN103376097B (en) Autoplacement and point converting system
JP2004502956A (en) Spatial positioning
JP2009510413A (en) Two-sided reflector and two-side target object
WO2020105041A1 (en) System and method of calibrating a radar rotatable antenna system
Yang et al. A cost-effective non-orthogonal 3D measurement system
US3664748A (en) Device for automatically setting the initial heading aboard craft utilizing gyroscopic navigation system
FI87951C (en) Procedure for determining a point in a target space and measuring instrument for carrying out the procedure
US4510695A (en) Method of calibration for the measuring of objects by pairs of theodolites
KR101777026B1 (en) Apparatus and method for integrated measuring of satellite alignment
Ali et al. Investigation of the accuracy of surveying and buildings with the pulse (non prism) total station
KR20050057755A (en) Theodolite
US12152904B2 (en) Single star-based orientation method using dual-axis level sensor
CN109556566A (en) Relative dimensional attitude angle system and method between three pedestals of one kind
JPH05223569A (en) Automatic position / orientation measuring device for moving objects
Rüeger High accuracy in short ISS missions

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed