專利名稱：測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于通過旋轉輻射投射激光束來對待測對象執(zhí)行;則量 的測量系統(tǒng)。
背景技術：
作為一種測量設備(surveying device),已知以下類型的測量設備， 利用該設備通過旋轉輻射來投射用于測量距離的脈沖光(距離測量光)，
離。這種類型的測量設備的優(yōu)點在于能夠同時確定到多個待測對象的距 離。而且，在測量操作中，除了測量距離，還有必要測量待測對象在水 平方向上的位置，即測量水平角。
在近年來已提出的旋轉輻射型的測量設備中，除了距離測量光之 外，還通過旋轉輻射投射激光束(掃描光)以用于檢測待測對象或形成 參考平面。所述掃描光是連續(xù)光。所述測量設備包括量角器(例如，編 碼器)，其能夠連續(xù)檢測所述掃描光被投射的方向的水平角。當掃描光 通過旋轉輻射被投射于整個圓周并穿過待測對象時，從所述待測對象反 射的反射光(反射的掃描光)被接收和檢測。通過在檢測時讀取量角器 的角度，就確定了所述待測對象的水平角。
當檢測到所述待測對象的水平角時，根據(jù)需要在圍繞檢測到的水平 角的范圍內(nèi)投射距離測量光，從而測量距離。
這種測量設備基于光學系統(tǒng)所進行的檢測，其檢測來自待測對象的 反射光。在這一方面，所述測量設備必須具有的結構包括對具有用于所 述測量設備的光檢測(photodetection)光學系統(tǒng)的需求，并且必須具有 復雜的設計。而且，反射光必須具有足以進行測量的光量。在另一方面， 出于安全原因，作為連續(xù)光的掃描光在輻射強度方面存在限制。因此， 在用于待測對象確認和角度測量的距離方面存在限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種測量系統(tǒng)，借助于所述測量系統(tǒng)通過使用便利的通信裝置可以確認待測對象并執(zhí)行水平角測量，并且還可能降低 成本。
為了實現(xiàn)以上目的，根椐本發(fā)明的測量系統(tǒng)包括用于通過旋轉輻射
投射激光束的測量儀器(surveying instrument)和安裝在測量點的光檢 測傳感器設備，其中所述測量儀器包括第一無線電通信單元，所述光檢 測傳感器設備包括第二無線電通信單元，并且能夠在所述測量儀器和所 述光檢測傳感器設備之間執(zhí)行通信，其中所述測量儀器包括用于檢測所 述激光束的投射方向上的水平角的角度檢測裝置和用于根據(jù)從所述第 一無線電通信單元接收信號來控制所述角度檢測裝置的第一運算單元， 并且所述光檢測傳感器設備包括用于接收所述激光束的光檢測單元和 第二運算單元，所述笫二運算單元用于執(zhí)行傳輸光檢測通知信號以通知 由所述光檢測單元接收激光束，并且還用于執(zhí)行由所述第二無線電通信 單元向所述第 一無線電通信單元傳輸同步數(shù)據(jù)，其中所述第 一運算單元 根據(jù)所述光檢測通知信號和所述同步數(shù)椐來計算在所述光檢測傳感器 設備接收激光束時所述激光束的投射的水平角。
而且，本發(fā)明還提供一種測量系統(tǒng)，所述測量系統(tǒng)包括用于通過旋 轉輻射投射激光束的測量儀器和安裝在測量點的光檢測傳感器設備，其 中所述測量儀器包括第一無線電通信單元，所述光檢測傳感器設備包括 第二無線電通信單元，并且能夠在所述測量儀器和所述光檢測傳感器設 備之間執(zhí)行通信，其中所述光檢測傳感器設備包括用于檢測激光束的光 檢測單元，用于根據(jù)所述光檢測單元對激光束的檢測來準備光檢測通知 信號、利用所述光檢測通知信號合成同步數(shù)據(jù)以及檢測所述同步數(shù)據(jù)的 第二信號處理單元，以及用于向所述測量儀器傳送所述光檢測通知信號
的第二無線電通信單元，并且其中所述測量儀器包括用于接收所迷光檢 測通知信號的第一無線電通信單元和用于根據(jù)所述光檢測通知信號檢 測同步數(shù)據(jù)的第一信號處理單元，其中所述光檢測傳感器設備檢測所述 同步數(shù)據(jù)并且所述同步數(shù)據(jù)由所述測量儀器來檢測，并且使所述光檢測 傳感器設備和所述測量儀器之間的信號處理同步。
此外，本發(fā)明提供一種如上所述的測量系統(tǒng)，其中所述信號處理是 用于檢測水平角的信號處理，其中所述光檢測傳感器設備包括笫二時間 測量裝置，所述第二時間測量裝置測量從所述光檢測單元檢測激光束的 時刻到所傳送的光檢測通知信號的同步數(shù)據(jù)的傳輸時刻的時間AT，并且經(jīng)由所述第二無線電通信單元將所述時間AT傳送到所述測量儀器， 并且其中所述測量儀器包括第 一時間測量裝置、用于檢測與所述時間相 關聯(lián)的水平角的角度檢測裝置和用于計算所述水平角的運算單元，其中 所述第一時間測量裝置檢測所述同步數(shù)據(jù)的檢測時間，所述運算單元根 據(jù)所檢測的時間反向計算所述時間AT、計算所述光檢測單元檢測所述 激光束時的時間、并且計算由所述角度檢測裝置在該時間所檢測的水平 角。
而且，本發(fā)明還提供一種如上所述的測量系統(tǒng)，其中所述測量儀器 具有距離測量單元，所述距離測量單元測量到所迷光檢測傳感器設備的 距離，并且根據(jù)所測量的距離對由所述激光束的傳播時間中的時間延遲 或所述光檢測通知信號的傳播時間中的時間延遲所導致的水平角誤差 進行補償。此外，本發(fā)明提供一種如上所述的測量系統(tǒng)，其中所述測量 儀器具有距離測量單元，所述距離測量單元測量到所述光檢測傳感器設 備的距離，并且當所測量的距離大于預定值時，對由所述激光束的傳播 時間中的延遲或所述光檢測通知信號的傳播時間中的延遲所導致的水 平角的誤差進行補償。而且，本發(fā)明還提供一種如上所述的測量系統(tǒng)， 其中所述光檢測傳感器設備向所迷測量儀器傳送ID數(shù)據(jù)，并且所述測 量儀器將所述ID數(shù)據(jù)與所述水平角相關聯(lián)以使得能夠所述光檢測傳感 器設備能夠被識別。此外，本發(fā)明提供一種如上所述的測量系統(tǒng)，其中 所述激光束是扇形激光束。而且，本發(fā)明還提供一種如上所述的測量系 統(tǒng)，其中在所述光檢測通知信號中還包括測試數(shù)據(jù)。此外，本發(fā)明提供 一種如上所述的測量系統(tǒng)，其中所述ID數(shù)據(jù)被添加到所述光檢測通知 信號。
根據(jù)本發(fā)明， 一種測量系統(tǒng)包括用于通過旋轉輻射投射激光束的測 量儀器和安裝在測量點的光檢測傳感器設備，其中所述測量儀器包括第 一無線電通信單元，所述光檢測傳感器設備包括第二無線電通信單元， 并且能夠在所述測量儀器和所述光檢測傳感器設備之間執(zhí)行通信，其中 所述測量儀器包括用于檢測所述激光束的投射方向上的水平角的角度 檢測裝置和用于根椐從所述第一無線電通信單元接收信號來控制所述 角度檢^裝置的第一運算單元，并且所述光檢測傳感器設備包括用于接 收激光束的光^f企測單元和第二運算單元，所述第二運算單元用于執(zhí)行傳 輸光檢測通知信號以通知由所述光檢測單元接收所述激光束，并且還用于執(zhí)行由所迷笫二無線電通信單元向所述第一無線電通信單元傳輸同 步數(shù)據(jù)，其中所述第一運算單元根據(jù)所述光檢測通知信號和所述同步數(shù)
水平角。結果，不需a要總是"在;斤述測量儀器和光檢測傳感器設備之間進 行同步。這使得可以采用簡單的結構和布置來設計系統(tǒng)。而且，不需要 利用所述測量儀器和光檢測傳感器設備這二者的時鐘信號的高精度來 保持穩(wěn)定性。此外，不需要在這兩個設備之間進行連續(xù)通信以用于同步。 而且，不要求通信設備有高穩(wěn)定性。這意味著不需要具有高精度的時鐘 信號發(fā)生器并且也不要求非常高的穩(wěn)定性。電路配置簡單，并且能夠在 每次從復位狀態(tài)測量水平角，而且可以以較少誤差和高可靠性來測量水 平角。
根據(jù)本發(fā)明， 一種測量系統(tǒng)包括用于通過旋轉輻射投射激光束的測 量儀器和安裝在測量點的光檢測傳感器設備，其中所述測量儀器包括笫 一無線電通信單元，所述光檢測傳感器設備包括第二無線電通信單元， 并且能夠在所述測量儀器和所述光檢測傳感器設備之間執(zhí)行通信，其中 所述光檢測傳感器設備包括用于檢測激光束的光檢測單元，用于根據(jù)所 述光檢測單元對激光束的檢測來準備光檢測通知信號、利用所述光檢測 通知信號合成同步數(shù)據(jù)以及檢測所述同步數(shù)椐的第二信號處理單元，和 用于向所迷測量儀器傳送所述光檢測通知信號的第二無線電通信單元， 并且其中所述測量儀器包括用于接收所述光檢測通知信號的第一無線 電通信單元和用于根據(jù)所述光檢測通知信號檢測同步數(shù)椐的第一信號 處理單元，其中所述光檢測傳感器設備檢測所述同步數(shù)據(jù)并且所述同步 數(shù)據(jù)由所述測量儀器來檢測，并且使所述光檢測傳感器設備和所述測量 儀器之間的信號處理同步。結果，不需要總是在所述測量儀器和光檢測 傳感器設備之間進行同步 這使得可以采用簡單的結構和配置來設計系 統(tǒng)。而且，不需要利用所述測量儀器和光檢測傳感器設備這二者的時鐘 信號的高精度來保持穩(wěn)定性。換句話說，不需要在這兩個設備之間進行 連續(xù)通信以用于同步。而且，不要求通信設備有高穩(wěn)定性。這意味著不 需要具有高精度的時鐘信號發(fā)生器并且也不要求非常高的穩(wěn)定性。結
果，電路配置筒單。
此外，根據(jù)本發(fā)明，所述信號處理是用于檢測水平角的信號處理， 其中所述光檢測傳感器設備包括第二時間測量裝置，所述第二時間測量裝置測量從所述光檢測單元檢測激光束的時刻到所傳送的光檢測通知
信號的同步數(shù)據(jù)的傳輸時刻的時間△ T，并且經(jīng)由所述第二無線電通信 單元將所述時間AT傳送到所述測量儀器，并且其中所述測量儀器包括 第 一時間測量裝置、用于檢測與所述時間相關聯(lián)的水平角的角度檢測裝 置和用于計算所述水平角的運算單元，其中所述第一時間測量裝置檢測 所述同步數(shù)據(jù)的檢測時間，所述運算單元根據(jù)所檢測的時間反向計算所 述時間AT、計算所述光檢測單元檢測所述激光束時的時間、并且計算 由所述角度檢測裝置在該時間所檢測的水平角。因此，能夠每次都從復 位狀態(tài)測量水平角，并且可以以較少誤差和高可靠性來測量水平角。
而且，根據(jù)本發(fā)明，所述測量儀器具有距離測量單元，所述距離測 量單元測量到所述光檢測傳感器設備的距離，并且根據(jù)所測量的距離， 對由所述激光束的傳播時間中的時間延遲或所述光檢測通知信號的傳 播時間中的時間延遲所導致的水平角的誤差進行補償。而且，所述測量 儀器具有距離測量單元，所述距離測量單元測量到所述光檢測傳感器設 備的距離，并且當所測量的距離大于預定值時，對由所述激光束的傳播 時間中的延遲或所述光檢測通知信號的傳播時間中的延遲所導致的水 平角的誤差進行補償。
因此，可以以高精度來測量水平角，而不管是對短距離還是長距離 進行測量。
而且，根據(jù)本發(fā)明，所述光檢測傳感器設備向所述測量儀器傳送ID 數(shù)據(jù)，并且所述測量儀器將所述ID數(shù)據(jù)與所述水平角相關聯(lián)以使得能 夠所述光檢測傳感器設備能夠被識別。結果，通過使用多個光檢測傳感 器設備，能夠同時進行測量。
此外，根據(jù)本發(fā)明，所述激光束是扇形激光束。這使得所述光檢測 傳感器設備的檢測更為容易。
附由說明


圖1是解釋根據(jù)本發(fā)明的測量系統(tǒng)的近似布置的示意圖； 圖2是解釋所述測量系統(tǒng)的一般特征的透視圖； 圖3是示出其中掃描光是排列為N形形式的多個扇形激光束的情況 的示意圖4是解釋以N形排列的掃描光和光檢測(光接收)傳感器設備之間的關束的示圖5是示出測量儀器和光檢測傳感器設備的近似布置的示意性框
圖6是示出所述光檢測傳感器設備和測量儀器的控制運算單元的近 似布置的示意性框圖7是示出在測量水平角時所述光檢測傳感器設備和測量儀器之間 的信號的關系的示圖。
具體實施例方式
以下將參考附圖給出實施本發(fā)明的最佳方式的詳細描述。 首先，參考圖1和圖2，將給出其中實施了本發(fā)明的測量系統(tǒng)的一 般特征的描述。
在圖1中，附圖標記l表示測量儀器，而附圖標記2表示作為待測 對象的光檢測傳感器設備。
測量儀器1包括參考平面形成單元3和距離測量單元4，并且測量 儀器1被安裝于已知點。參考平面形成單元3以恒定速度投射掃描光5, 所述掃描光5是經(jīng)由旋轉單元10通過旋轉輻射而得到的連續(xù)光。距離 測量單元4能夠投射距離測量光6,所述距離測量光6是經(jīng)由旋轉單元 10通過旋轉輻射而得到的脈沖光束。單個旋轉單元10通常被用作參考 平面形成單元3的旋轉單元和距離測量單元4的旋轉單元?；蛘?，可以 提供彼此獨立驅動的旋轉單元10和10，并且可以彼此獨立地投射掃描 光5和距離測量光6。
光檢測傳感器設備2接收和檢測掃描光5,并且光檢測的結果被傳 送到測量儀器1。然后，測量儀器1檢測光檢測傳感器設備2,并且通 過接收和檢測光檢測傳感器設備2所反射的距離測量光6，能夠測量到 位于多個點的光檢測傳感器設備2的距離。
參考平面形成單元3通過旋轉輻射以恒定速度投射掃描光5并且形 成水平參考平面7 (見圖3 )。水平參考平面7是要由掃描光5的光通 量的橫截面中心所形成的水平平面。掃描光5由在垂直方向上傳播的兩 個或更多扇形激光束構成，并且所述扇形激光束中的至少一個相對于所 述水平平面以已知角度傾斜。由于掃描光5已經(jīng)在垂直方向上傳播，所 以光檢測傳感器設備2能夠很容易地在寬范圍的垂直方向上(上到下)
9的位置處檢測掃描光5。
在圖2中，掃描光5由三個扇形激光束構成，并且光通量的橫截面 是N形形式。JP-A-2004-212058中提出了一種旋轉激光設備，作為用于 通過旋轉輻射來投射三個或更多扇形激光束的激光設備，其中所述激光 束中的一個激光束是傾斜的。
如圖3和圖4所示，當通過旋轉輻射投射掃描光5,并且兩個或更 多扇形光束5a、 5b和5c穿過光檢測傳感器設備2時，光檢測傳感器設 備2接收并檢測扇形光束5a、 5b和5c中的兩個或更多，并且這在接收 到光束時導致時間滯后。通過獲取光接收(光檢測)時刻之間的時間差， 能夠根據(jù)所述時間差并且根據(jù)傾斜的扇形激光束的傾角e來獲得相對于 水平參考平面7的仰角。而且，根據(jù)所述仰角，能夠設定傾斜參考平面。
通過旋轉輻射投射具有N形形式的橫截面的掃描光5，并且通過旋 轉輻射來投射距離測量光6。并且通過接收從待測對象反射的光來確定 到所述待測對象的距離。JP-A-2006-337302中公開了這種類型的測量設 備。在該測量設備中，通過旋轉輻射來投射距離測量光6，并且能夠同 時測量到多個光檢測傳感器設備2的距離。因此，根據(jù)所測量的仰角和 所測量的距離，能夠確定待測對象(即，光檢測傳感器設備2)的高度 方向上的4立置。
為了檢測和指定光檢測傳感器設備2，當通過旋轉輻射投射掃描光 5并且光檢測傳感器設備2接收掃描光5時，用于通知光的光檢測(接 收)的光檢測通知信號被從光檢測傳感器2傳送到測量儀器1。通過在 光檢測通知信號被接收到時檢測掃描光5在投射方向上的角度，即通過 檢測水平角，能夠指定和識別光檢測傳感器設備2,并且將所檢測的水 平角確定為光檢測傳感器設備2的水平方向上的位置(即，水平角)。
結果，在光檢測傳感器設備2中，對仰角進行計算。計算得到的仰 角和光檢測通知信號被從光檢測傳感器設備2傳送到測量儀器1。在測 量儀器1，根椐所接收的仰角和所檢測的水平角來測量距離并確定光檢 測傳感器設備2的三維位置。
根據(jù)需要，在測量儀器1所獲得的測量結果被傳送到光檢測傳感器 設備2，并且所述測量結果作為光檢測傳感器設備2的位置測量數(shù)據(jù)而 被存儲在光檢測傳感器設備2中。
如上所述，在測量儀器1和光檢測傳感器設備2之間執(zhí)行雙向通信。作為相應的通信裝置，測量儀器1具有無線電通信單元17(在稍后進行 描述)，而光檢測傳感器設備2具有光檢測側的無線電通信單元21 (在 稍后進行描述)。
接下來，參考圖5,以下將給出在其中實施本發(fā)明的測量系統(tǒng)的近 似布置的描述。在下文中，將給出通過旋轉輻射經(jīng)由公共旋轉單元10 投射掃描光5和距離測量光6的情況的描述。
測量儀器1主要包括參考平面形成單元3、距離測量單元4、控制 運算單元8、存儲單元9、操作單元ll、用于通過旋轉輻射投射掃描光 5和距離測量光6的旋轉電機12、用于驅動參考平面形成單元3的參考 平面形成驅動單元13、用于驅動距離測量單元4的距離測量驅動單元 14、用于驅動旋轉電機12的電機驅動單元15、用于與光檢測傳感器設 備2進行通信的無線電通信單元17以及用于檢測掃描光5和距離測量 光6的投射方向的量角器(例如，編碼器)16。參考平面形成驅動單元 13、距離測量驅動單元14和電機驅動單元15的驅動由控制運算單元8 來控制。由編碼器16所檢測的水平角與所述水平角被獲取的時間相關 聯(lián)，并且被存儲在存儲單元9中。編碼器16和時間測量裝置(在稍后 進行描述)共同構成水平角檢測裝置。
在存儲單元9中，存儲有各種類型的程序，即存儲有用于驅動參考 平面形成驅動單元13、距離測量驅動單元14和電才幾驅動單元15來實施 距離測量和角度測量的順序程序、用于執(zhí)行距離測量和水平角測量的測 量程序以及其他程序。而且，測量數(shù)椐被存儲和保存在存儲器中。
光檢測傳感器設備2被安裝在桿18上的已知高度(見圖1)，并且 光檢測傳感器設備2主要包括用于接收掃描光5的光檢測單元19和諸 如棱鏡20之類的用于反射距離測量光6的反射器、用于執(zhí)行與測量儀 器1的無線電通信單元17的無線通信的光檢測側的無線電通信單元21、 光檢測側的控制運算單元22、光檢測側的存儲單元23、光檢測側的操 作單元24以及光檢測側的顯示單元25。光檢測側的顯示單元25可以袖_ 設計為觸摸板以使得光檢測側的顯示單元還能夠實現(xiàn)光檢測側的操作 單元24的功能。
光檢測側的無線電通信單元21能夠執(zhí)行無線電通信，例如與另一 個光檢測傳感器設備2的光檢測側的無線電通信單元21互相傳送和接 收數(shù)據(jù)。光檢測側的存儲單元23中存儲有各種類型的程序，并且這些程序 包括用于根據(jù)多個扇形激光束被接收到時的光檢測時間差來計算仰角 的計算程序、用于根據(jù)所述仰角和距離測量數(shù)據(jù)來計算在高度上的位置 的計算程序、用于經(jīng)由光檢測側的無線電通信單元21執(zhí)行與測量儀器 1、其他光檢測傳感器設備2和無線電通信單元17的無線電通信的通信 程序以及用于在光檢測側的顯示單元25上顯示指令內(nèi)容、操作內(nèi)容、 通信內(nèi)容等的圖像顯示程序。而且，在存儲器中存儲和保存著從測量儀 器1傳送的測量數(shù)據(jù)和在光檢測設備2處獲得的測量數(shù)椐。
現(xiàn)在，將給出對測量操作的一般概要的描述。
通過旋轉輻射從參考平面形成單元3投射掃描光5。形成水平參考 平面，棄且通過旋轉輻射從距離測量單元4投射距離測量光6。
當掃描光5穿過光檢測單元19時，所述光檢測單元19檢測掃描光 5。所述光檢測的結果被輸入到光檢測側的控制運算單元22。光檢測側 的運算單元22把所迷光被接收到的事實作為光檢測通知信號經(jīng)由光檢 測側的無線電通信單元21傳送到無線電通信單元17。光檢測側的控制 運算單元22根椐光檢測的結果計算仰角，并且計算得到的仰角被記錄 在光檢測側的存儲單元23中。
無線電通信單元17將光檢測通知信號的接收輸入到控制運算單元 8。然后，控制運算單元8在接收到所述信號時從編碼器16讀取水平角 并且測章所述水平角。
根據(jù)所述水平角，控制距離測量驅動單元14并且控制距離測量光6 的投射范圍。從棱鏡20反射的距離測量光^f皮接收到。根據(jù)所述反射的 距離測量光，距離測量單元4測量到光檢測傳感器設備2的距離。測量 的結果和測得的水平角經(jīng)由無線電通信單元17被傳送到光檢測側的無 線電通信單元21，并且光檢測側的無線電通信單元21把由此接收到的 距離測量的結果輸入到光檢測側的控制運算單元22 。
光檢測側的控制運算單元22根據(jù)由此接收到的距離測量結果和所 述仰角來計算光檢測傳感器設備2的在高度上的位置。在高度上的位置 的計算結果、仰角、水平角和距離測量的結果被彼此關聯(lián)并且被記錄在 光檢測側的存儲單元23中。
在高度上的位置的計算結果和所述仰角經(jīng)由光檢測側的無線電通 信單元21被傳送到無線電通信單元17。在無線電通信單元17處接收到的諸如在高度上的位置、仰角等之類的測量結果被與距離測量結果和仰
角相關聯(lián)，并且被記錄在存儲單元9中。
在高度上的位置、仰角、距離測量結果和關于水平角的測量結果等 可以被一起存儲在存儲單元9或光檢測側的存儲單元23中?；蛘撸@ 些可以被一起記錄在外部記錄單元中。
在如上所述的過程中，從由光檢測單元19接收掃描光5到從光檢 測側的無線電通信單元21傳送光檢測通知信號，由于以下原因會產(chǎn)生 時間延遲，例如光檢測單元19的響應度、光檢測側的無線電通信單 元21的電路上的延遲以及根據(jù)光檢測側的控制運算單元22的程序來準 備光檢測通知信號所需要的時間。
此外，在測量儀器l上，也會由于處理時間而產(chǎn)生時間延遲，所述 處理時間是從由無線電通信單元17接收光檢測通知信號到檢測水平角 所需要的時間。
因此，由編碼器16在接收到來自光檢測側的無線電通信單元21的 光檢測通知信號的時刻所檢測的水平角會產(chǎn)生誤差。誤差量是作為掃描 光5的旋轉速度乘以時間延遲的數(shù)值來得到的。由程序處理所引起的時 間延遲對于每個處理是不同的并且不是恒定的，所述程序處理是引起時 間延遲的原因之一。
為此，為了檢測準確的水平角，有必要在每次水平角被測量時消除 時間延遲所引起的誤差。此外，在測量儀器1和光檢測傳感器設備2之 間的距離較長的情況下(例如，在它為300米或更多的情況下)，光檢 測側的無線電通信單元21和無線電通信單元17之間的光檢測通知信號 的傳輸時間(傳播延遲時間)將是不能被忽略的。
根據(jù)本發(fā)明，針對每次測量消除了時間延遲所引起的誤差，并且能 夠測量準確的水平角。
以下將參考圖5至圖7給出根據(jù)本發(fā)明的水平角測量的描述。
首先，將給出關于控制運算單元8的描述?？刂七\算單元8包括運 算單元28(典型地，由CPU表示)、時鐘發(fā)生器29、用于產(chǎn)生用于同 步的模式數(shù)據(jù)(pattern data)的模式發(fā)生器31以及信號處理單元32, 所述信號處理單元32用于出于傳輸目的而處理信號并且用于處理接收 信號以使得所迷接收信號能夠在控制運算單元8中得以處理。運算單元 28具有用于整合(integrate)來自時鐘發(fā)生器29的時鐘信號以及用于測量時間的功能。時鐘發(fā)生器29和運算單元28共同構成時間測量裝置。 光檢測側的控制運算單元22包括光檢測側的運算單元34(典型地， 由CPU表示)、光檢測側的時鐘發(fā)生器35、用于產(chǎn)生用于同步的模式 信號的光檢測側的模式發(fā)生器36以及光檢測側的信號處理單元37，所 述信號處理單元37用于出于傳輸目的而處理信號并且用于處理接收信 號以使得所述接收信號能夠在光檢測側的控制運算單元22中得以處理。 光檢測側的運算單元34具有整合來自光檢測側的時鐘發(fā)生器35的時鐘 信號以及測量時間的功能。光檢測側的時鐘發(fā)生器35和光檢測側的運 算單元34共同構成時間測量裝置。
當掃描光5被從參考平面形成單元3投射并且被光檢測單元19接 收到時，光檢測信號41被發(fā)出。所述光檢測信號41然后通過光檢測單 元19的信號處理功能被變成脈沖并且被輸出到光檢測側的運算單元34 以作為光檢測信號檢測脈沖42。在光檢測側的運算單元34,獲取光檢 測信號檢測脈沖42的上升(rise-up)時間。此外，計算光檢測信號41 的加權點，并且確定加權位置的時間Ta。能夠如下所描述的那樣來確定 時間Ta。
如圖7所示，光檢測信號41上升。當其超過預定閾值時，光檢測 信號檢測到脈沖42上升，并且獲取時間T。當光檢測信號41下降到低 于所述預定閾值的水平時，光檢測信號檢測到脈沖42下降。在這種情 況下，只要在光檢測信號檢測脈沖42期間就繼續(xù)檢測光檢測信號41。 通過使用光檢測信號41的區(qū)域(area)等獲取加權位置，并且計算所述 加權位置從時間T的偏移。通過使用該偏移，能夠獲得時間Ta。這里， 使用了光檢測信號41的區(qū)域，且同時還可以通過尋找上升時間和下降 時間來獲得時間Ta。
當生成光檢測信號檢測脈沖42時，由光檢測側的模式發(fā)生器36生 成用于同步的模式信號，并且所述模式信號被傳送到光檢測側的信號處 理單元37。在光檢測信號處理單元37,用于同步的模式的數(shù)據(jù)被合成 (synthesize )在從光檢測側的無線電通信單元21傳送的通信信號43上。 通信信號43被從光檢測側的無線電通信單元21傳送到無線電通信單元 17。
在所述通信信號中，包括測試數(shù)據(jù)43a、同步模式數(shù)據(jù)43b和光檢 測通知數(shù)據(jù)43c。此外，如果通過光檢測側的運算單元34計算了兩個或更多測量數(shù)據(jù)，諸如仰角、在高度上的位置等，或者如果存在兩個或更
多光檢測傳感器設備2，則添加諸如標識信號(ID數(shù)椐)之類的用于識 別光檢測傳感器設備2的信息數(shù)據(jù)。
在圖7中，以最小單位示出測試數(shù)據(jù)43a、同步模式數(shù)據(jù)43b和光 檢測通知數(shù)據(jù)43c。測試數(shù)據(jù)43a、同步模式數(shù)據(jù)43b和光檢測通知數(shù)椐 43c釆用連續(xù)信號的形式。同步模式數(shù)據(jù)43b被置于除通信信號43的最 前部分以外的位置，例如，被置于如圖所示的中間部分或最后部分(未 示出)。
在光檢測側的信號處理單元37，檢測同步;f莫式數(shù)據(jù)43b的最后的部 分。在同步模式數(shù)據(jù)43b的最后，發(fā)出時間脈沖Tb。然后，獲得時間脈 沖Ta和時間脈沖Tb之間的經(jīng)過時間ATx。經(jīng)過時間厶Tx被從光檢測 側的無線電通信單元21傳送到無線電通信單元17。
在無線電通信單元17接收通信信號43。信號處理單元32能夠保持 或準備具有與同步模式數(shù)據(jù)43b的模式相等的模式的同步模式數(shù)椐43b' 作為用于判斷的數(shù)據(jù)。在信號處理單元32,將所接收的通信信號43與 同步模式數(shù)據(jù)43b，進行比較。通過模式識別，檢測通信信號43中的同 步模式數(shù)據(jù)43b,并且在同步模式數(shù)據(jù)43b的最后獲取在控制運算單元 8處的時間Tc。通過從時間Tc減去經(jīng)過時間ATx所得到的時間(反向 計算的時間)是當在光檢測傳感器設備2檢測到掃描光5時在測量儀器 1處的時間Ta，。
在運算單元28，把從編碼器16獲得的角度信號與所述角度信號被 發(fā)出的時間關聯(lián)起來，并且將結果記錄在存儲單元9中。通過獲取時間 Ta，，可以在光檢測傳感器設備2檢測掃描光5時獲得水平角eH。
特別地，如果假定時間Ta，是在測量儀器1處的時間Tl和時間T2 之間，并且通過編碼器16在時間Tl和時間T2所檢測到的水平角分別
是01和02,則能夠根據(jù)以下等式獲得水平角eH:
eH- (62-ei) x (Ta，-T1) / (T2-Tl) +61 (等式1 ) 在測量儀器1和光檢測傳感器設備2的同步操作中，在光檢測傳感 器設備2接收掃描光5并且準備和傳送通信信號43期間存在著時間滯 后。而且，該時間滯后不是恒定的并且其每次都有所不同。也就是說， 經(jīng)過時間厶Tx的值在每次測量時都有所不同。
根據(jù)本發(fā)明，通過計算每次測量的經(jīng)過時間ATx而獲得水平角9h。因此，盡管在電路或軟件處理中存在誤差，但是也能夠測量準確的水平
角eH。為了增加測量精度，可以進行設計以使得水平角0H的值被確定 兩次或更多次并且計算平均值。
在提供有兩個或更多光檢測傳感器設備2的情況下，在信號處理單 元32通過諸如才莫式識別之類的手段來識別被添加到通信信號43的ID 數(shù)據(jù)，并且將測得的水平角與所述ID數(shù)據(jù)相關聯(lián)以使得能夠識別光檢 測傳感器設備2。測量數(shù)據(jù)等被與ID數(shù)據(jù)相關聯(lián)并且被轉變?yōu)楣鈾z測傳 感器設備2所特有的數(shù)椐，可以通過ID數(shù)據(jù)為所述光檢測傳感器設備2 指定標識數(shù)據(jù)。然后，所述數(shù)據(jù)被存儲在存儲單元9中?；蛘?，它可以 被傳送到光檢測傳感器設備2。
在如上所描述的水平角的測量中，通過假設該時間是可忽略的(即， 掃描光5從測量儀器1到達光檢測傳感器設備2的時間或者通信信號43 從光檢測傳感器設備2到達測量儀器1的時間是可忽略的)來確定水平 角。然而，例如當測量儀器1和光檢測傳感器設備2之間的距離超過300 米時，特會出現(xiàn)測量誤差。該距離會根據(jù)測量系統(tǒng)所要求的測量精度而 有所不同。
在這種情況下，根椐在距離測量單元4測得的距離測量結果和光速， 獲得掃描光5的到達時間和通信信號43的到達時間。通過將這些時間 值當作延遲時間來對所獲得的水平角進行補償。關于是否應當進行補償 的判斷，根據(jù)所要求的測量精度來設置執(zhí)行補償?shù)木嚯x，并且在測得的 距離超過執(zhí)行補償?shù)木嚯x時進行補償?？梢赃M行設計以使得不對補償?shù)?執(zhí)行距離進行設置，并且總是根據(jù)測得的距離對水平角進行補償。
如上所描述的本發(fā)明實施例，已經(jīng)給出了通過旋轉輻射投射多個扇 形激光冬的情況的描述。然而，當通過旋轉輻射投射一個扇形激光束或 點狀(spot-like)激光束時，能夠通過使測量儀器1和光檢測傳感器設 備2同步而以相同的方式測量水平角。
作為用于無線電通信的介質，可以使用電通信，或者可以通過對光 進行調(diào)制來使用光通信，其中信號被疊加(superimpose)在光上。
雖然已經(jīng)在本實施例中描述了雙向通信，但是也可以使用單向通 信。這能夠被應用于不是同時通過使用兩個或更多光檢測設備進行測量 的情況。
根據(jù)本發(fā)明，不需要總是使測量儀器1的操作和光檢測傳感器設備2的操作同步。因此，不一定要在測量儀器1和光檢測傳感器設備2的 時鐘信號中保持高精度的穩(wěn)定性。因此，會有這樣的效果，即不需要使 用連續(xù)通信來保持兩個設備之間的同步以及不要求通信設備的高度穩(wěn) 定性。
根據(jù)本發(fā)明，掃描光5的反射光并不被用于光檢測傳感器設備2的 檢測。如果掃描光5的強度是其到達光檢測傳感器設備2的強度，這將 是足夠的。這使得降低掃描光5的強度或者檢測位于遠距離的光檢測傳 感器設備2成為可能。
根據(jù)本發(fā)明，提供以無線電通信裝置以使得能夠實現(xiàn)通信。因此， 光檢測傳感器設備能夠向測量儀器通知其存在。在這一點上，在沒有在 測量儀器側分配操作者的情況下，光檢測傳感器設備能夠加入測量操作 或者能夠與測量操作分離。
權利要求
1.一種測量系統(tǒng)，包括用于通過旋轉輻射投射激光束的測量儀器和安裝在測量點的光檢測傳感器設備，其中所述測量儀器包括第一無線電通信單元，所述光檢測傳感器設備包括第二無線電通信單元，并且能夠在所述測量儀器和所述光檢測傳感器設備之間執(zhí)行通信，其中所述測量儀器包括用于檢測所述激光束的投射方向上的水平角的角度檢測裝置和用于根據(jù)從所述第一無線電通信單元接收信號來控制所述角度檢測裝置的第一運算單元，并且所述光檢測傳感器設備包括用于接收激光束的光檢測單元和第二運算單元，所述第二運算單元用于執(zhí)行傳輸光檢測通知信號以通知由所述光檢測單元接收激光束，并且還用于執(zhí)行由所述第二無線電通信單元向所述第一無線電通信單元傳輸同步數(shù)據(jù)，其中所述第一運算單元根據(jù)所述光檢測通知信號和所述同步數(shù)據(jù)來計算在所述光檢測傳感器設備接收所述激光束時所述激光束的投射的水平角。
2. —種測量系統(tǒng)，包括用于通過旋轉輻射投射激光束的測量儀器 和安裝在測量點的光檢測傳感器設備，其中所述測量儀器包括第一無線 電通信單元，所述光檢測傳感器設備包括第二無線電通信單元，并且能 夠在所述測量儀器和所述光檢測傳感器設備之間執(zhí)行通信，其中所述光 檢測傳感器設備包括用于檢測激光束的光檢測單元，用于根據(jù)所迷光檢 測單元對激光束的檢測來準備光檢測通知信號、利用所述光檢測通知信 號合成同步數(shù)據(jù)以及檢測所述同步數(shù)據(jù)的第二信號處理單元，以及用于 向所述測量儀器傳送所述光檢測通知信號的第二無線電通信單元，并且 其中所迷測量儀器包括用于接收所述光檢測通知信號的所述第一無線 電通信單元和用于根據(jù)所述光檢測通知信號檢測同步數(shù)據(jù)的所述第一 信號處理單元，其中所述光檢測傳感器設備檢測所述同步數(shù)據(jù)并且所述 同步數(shù)據(jù)由所述測量儀器來檢測，并且使所述光檢測傳感器設備和所述 測量儀器之間的信號處理同步。
3. 如權利要求2所述的測量系統(tǒng)，其中所述信號處理是用于檢測 水平角的信號處理，其中所述光檢測傳感器設備包括第二時間測量裝 置，所述第二時間測量裝置測量從所述光檢測單元^r測所述激光束的時 刻到所傳送的光檢測通知信號的同步數(shù)據(jù)的傳輸時刻的時間AT,并且 經(jīng)由所述第二無線電通信單元將所述時間AT傳送到所述測量儀器，并 且其中所述測量儀器包括笫一時間測量裝置、用于檢測與所述時間相關聯(lián)的水平角的角度檢測裝置和用于計算所述水平角的運算單元，其中所 述第一時間測量裝置檢測所述同步數(shù)據(jù)的檢測時間，所述運算單元根據(jù)所;險測的時間反向計算所述時間AT、計算所述光檢測單元檢測所述激 光束時的時間、并且計算由所述角度檢測裝置在所述時間所檢測的水平角。
4. 如權利要求3所述的測量系統(tǒng)，其中所述測量儀器具有距離測 量單元，所述距離測量單元測量到所述光檢測傳感器設備的距離，并且 根據(jù)所測量的距離對由所述激光束的傳播時間中的時間延遲或所述光 檢測通知信號的傳播時間中的時間延遲所導致的水平角的誤差進行補償。
5. 如權利要求3所述的測量系統(tǒng)，其中所述測量儀器具有距離測 量單元，所述距離測量單元測量到所述光檢測傳感器設備的距離，并且 當所測量的距離大于預定值時，對由所述激光束的傳播時間中的延遲或 所述光檢測通知信號的傳播時間中的延遲所導致的水平角的誤差進行 補償。
6. 如權利要求4所述的測量系統(tǒng)，其中所述光檢測傳感器設備向 所述測量儀器傳送ID數(shù)據(jù)，并且所述測量儀器將所述ID數(shù)據(jù)與所述水 平角相關聯(lián)以使得所述光檢測傳感器設備能夠被識別。
7. 如權利要求1或2所述的測量系統(tǒng)，其中所迷激光束是扇形激 光束。
8. 如權利要求1至3所述的測量系統(tǒng)，其中在所述光檢測通知信 號中還包含測試數(shù)據(jù)。
9. 如權利要求6所述的測量系統(tǒng)，其中所述ID數(shù)椐被添加到所述 光檢測通知信號。
全文摘要
一種測量系統(tǒng)，包括通過旋轉輻射投射激光束的、具有第一無線電通信單元的測量儀器和安裝在測量點的、具有第二無線電通信單元的光檢測傳感器設備，能夠在測量儀器和光檢測傳感器設備之間執(zhí)行通信，其中測量儀器包括檢測激光束的投射方向上的水平角的角度檢測裝置和從第一無線電通信單元接收信號來控制角度檢測裝置的第一運算單元，光檢測傳感器設備包括用于接收激光束的光檢測單元和第二運算單元，第二運算單元用于執(zhí)行傳輸光檢測通知信號以通知由光檢測單元接收激光束且還執(zhí)行由第二無線電通信單元向第一無線電通信單元傳輸同步數(shù)據(jù)，其中第一運算單元根據(jù)光檢測通知信號和同步數(shù)據(jù)來計算在光檢測傳感器設備接收激光束時激光束的投射的水平角。
文檔編號G01C15/00GK101319898SQ20081010962
公開日2008年12月10日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權日2007年6月8日
發(fā)明者上園史彥, 大友文夫, 熊谷薰 申請人:株式會社拓普康