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GrundlagenTachymetrieTachymetrie , , RichtungsRichtungs und Winkelmessungund Winkelmessung
Aufbau moderner elektronischer TachymeterAchsysteme , Abweichungen und Einfluss auf die RichtungsmessungAufnahme und Absteckung mit Tachymetern
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Grundlagen
Z
X
3D Polarverfahren: 3D Polarverfahren: TachymetrieTachymetrie Richtung+ DistanzRichtung+ Distanz
Y
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GrundlagenTachymeterTachymeter Begriff und Begriff und SynnonymeSynnonyme
Tachymeter = Kombination von Theodolit (Richtungs- und Winkelmessung ) und DistanzmessungTachymeter (gr.) Schnellmesser (Tacheometer engl.)Totalstation (angloamerikanisch)InformatiktheodolitGeorobot (motorisierter Tachymeter für Monitoringaufgaben)Local Positioning System (LPS)TPS (Theodolite based Positioning System)One man SystemLasertracker in der Industrielle Messtechnik
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GrundlagenEntwicklungsstammbaum Entwicklungsstammbaum TheodolitTheodolit TachymeterTachymeter
Optischer Theodolit
Elektronischer Theodolit
Totalstation/Tachymeter
Informatiktheodolit
Local Positioning System
Trackingfähiger Tachymeter
Teilkreisabgriff
EDM
µP und Software
Motorisierung CCD 1986 Schweden
1982 Schweiz
1976 Schweiz, Schweden, USA
1973 Deutschland
1968 Deutschland
1540
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GrundlagenLeistungen moderne Leistungen moderne TachymeterTachymeter
Automatische Elektronische Anzielung und TrackingfähigkeitElektronische Neigungsmesser und Korrektur von Abweichungen Elektronische Distanzmesser z.T. auch berührungslos, ScanfunktionMotorisiertLeistungsfähige Software Speichermedien (PCMCIA) und SchnittstellenDatenfunk Fernsteuerbar „One man Systems“
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Grundlagen
Lotlaser
AktorenAktoren und Sensoren in Tachymeternund Sensoren in Tachymetern
L-Q -KlinometerHz Encoder
V-Motor
AZE
MeteosensorenHz-Motor
V EncoderEDM
Grobortung
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GrundlagenTPS1200 TPS1200 SensorsSensors
Automatic TargetRecognition (ATR)Receiver
Distance MeasuringSystem (EDM)ReceiverEmitter IREmitter RL
PowerSearchEmitterReceiver
Angle Measuring System (Hz)Glass circleEmitterReceiver
Electronic Guide Light (EGL)
Emitter
Angle Measuring System (V)
EmitterGlass circle
Tilt SensorEmitter
Oil surface
Motorization
Laser PlummetEmitter
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Grundlagen
Ein Mann VermessungEin Mann Vermessung33--D KoordinatenD KoordinatenLocalLocal PositioningPositioning System LPSSystem LPSRobotertheodolitRobotertheodolit ffüür r MonitoringMonitoringAutomatische AnzielungAutomatische Anzielung
Die Zielvorstellung
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GrundlagenDas Das GeotronicsGeotronics System 4000System 4000
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GrundlagenTopcon GTS 8200Topcon GTS 8200
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GrundlagenTrimble 5600 3600Trimble 5600 3600
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GrundlagenTrimble S6Trimble S6
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GrundlagenDas Leica SystemDas Leica System
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GrundlagenLeicaLeica--TPS 1100 One Man SystemTPS 1100 One Man System
Funkverbindung
Automatische Zielerfassung und –verfolgungInstrumentensteuerung vom Zielpunkt ausDistanzmessung mit oder ohne Reflektor
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Grundlagen
Nötige Eingaben:
Scannen mit dem TCRA 1101 1
• 1. Eckpunkt anzielen ALL
• 2. Eckpunkt anzielen ALL
• Höhe und Breite des Rastersauf der Objektoberflächevorgeben
Scanvorgang
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GrundlagenIndustriemesssysteme (Leica Industriemesssysteme (Leica LasertrackerLasertracker))
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Grundlagen
Fernrohoptik bei Fernrohoptik bei TachymeternTachymetern
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GrundlagenOptischer Optischer TheodolitTheodolit QuerschittQuerschitt
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GrundlagenDas Messfernrohr (Strahlengang)Das Messfernrohr (Strahlengang)
Gegenstand Objektiv Okular Auge
G F ’1 F2
Strichplatte(= Brennebenedes Okulars)
BF1
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GrundlagenModernes Modernes TheodolitfernrohrTheodolitfernrohr
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GrundlagenUmkehrsysteme (Bildaufrichtung)Umkehrsysteme (Bildaufrichtung)
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GrundlagenAnzielen mit einem FernrohrAnzielen mit einem Fernrohr
Vor der ersten Anzielung stellt der Beobachter die Okularoptik auf sein Auge ein. Bei jedem Einzielen wird außerdem das Bild des Zielpunktes scharf eingestellt.
Zwischenlinse
Okular
FernrohrsehfeldFernrohr
1. Okular so lange verschieben, bis das Strichkreuz scharf gesehen wird.
2. Zwischenlinse so lange verschieben, bis der Gegenstand scharf gesehen wird.
Aus Resnik/Bill
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GrundlagenOptik: DefinitionenOptik: Definitionen
Optische Achse
Unter der optischen Achse eines Fernrohres versteht man die Verbindungslinie aller Krümmungsmittelpunkte der Linsenflächen eines optischen Systems.
Ziellinie
Vom Objektiv wird ein Bild des Strichkreuzes in den Objektraum projiziert, das sich bei Bewegen der Fokussierlinse auf einer Kurve bewegt. Diese wird als Zielliniebezeichnet.
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GrundlagenFokusablaufabweichung: Zielachse ungleich optischer AchseFokusablaufabweichung: Zielachse ungleich optischer Achse
variation of the collimation line
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 5 10 15 20 25 30
focus distance [m]
heig
ht d
iffer
ence
[1/1
00 m
m]
Idealerweise ist die Ziellinie über den gesamten Entfernungsbereich eine Gerade. Beispielhaft ist der Ziellinienverlauf in Abb. 9.28 dargestellt.In Wirklichkeit ergibt sich aber eine zweidimensionale hyperbelförmige Ziellinienfunktion, die sich daraus ergibt, dass die Bahn der Fokussierlinse in den beiden Komponenten nicht parallel zur Zielachse verläuft. Dieser Abweichung wird jedoch bei Theodoliten durch Messungen in zwei Lagen eliminiert.
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Grundlagen
AugeAuge CCDCCD
Elektronische Anzielung
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GrundlagenPowersearchPowersearch LeicaLeica
Senderöffnung Empfängeröffnung
Fernrohrobjektiv des Theodolits
Alle 3 Achsen sind parallel zueinander ausgerichtet.
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GrundlagenPowerSearch von LEICA
PowerSearch ist ein Sensor zum Suchen und Lokalisieren von Retroreflektoren, um das Zielobjekt aber eindeutig zu erkennen benutzt die Vorrichtung das Prinzip eines Laufzeitmessers.
Funktion: Zielsuche mittels Rotation um eine vertikale Achse eines ebenfalls vertikalen Sendefächers. Wird ein Signal von einem Zielobjekt reflektiert so wird dies vom Detektor empfangen und an eine Auswerteeinheit zur Merkmalsanalyse weitergegeben. Ist ein Reflektor als Zielobjekt erkannt, so wird der Scan-Vorgang abgebrochen und das aufgefundene Ziel präzise angefahren.
Aufzufindende Reflektoren
Scan-Bewegungbei der Zielsuche
Sende- und Empfangsoptik in biaxialer Anordnung.
Sendefächer erzeugt durch eine Pulslaserdiode.
Suchdistanzen bis 750m.
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GrundlagenPrecisePrecise PointingPointing withwith CCDCCD--SensorsSensors
EDM
CCD
Beamsplitter &Filter
Fiber
Leica ATR
360 ° Prism Device
Best fit
Image
ING
LD
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GrundlagenElektronische AnzielungElektronische Anzielung
Target
Focal length
Displacement
CCDPositive lens
α
fd
=α
α : Anglef : Focal length of the telescoped : Displacement on the PSD
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GrundlagenMessungMessung mitmit automatischerautomatischer ZielerfassungZielerfassung
Messablauf:- Mit Hilfe des Diopters wird der Reflektor ungefähr anzielt.- Danach startet man das Messprogramm (z.B. ALL).- Das Instrument testet, ob der Reflektor im Messbereich der ATR liegt.- Wenn nicht, wird der Bereich des Sehfeldes desTheodolitfernrohrs abgesucht.
- Dann wird der Reflektor automatisch angezielt.- Die Distanz und die Winkel werden gemessen, dieAblagekorrekturen angebracht und eingefroren.
- Die Distanz und die eingefrorenen Winkel werden registriert.- Danach werden die eingefrorenen Werte wieder gelöscht.
Zeiske1999
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Grundlagen
Der elektronischeDer elektronische WinkelabgriffWinkelabgriff
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GrundlagenKopplungKopplung: Encoder : Encoder mitmit AlhidadeAlhidade bzwbzw. . Kippachse/ZielfernrohrKippachse/Zielfernrohr
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Grundlagen
123.4567
Triggerung
Flip Flop Zähler
Grundprinzip eines Encoders
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GrundlagenSignalbildungSignalbildung beibei einemeinem inkrementaleninkrementalen EncoderEncoder
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Grundlagen
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GrundlagenLeica T1600 codierter TeilkreisLeica T1600 codierter Teilkreis
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GrundlagenDer Leica Code (T1000/T1600)Der Leica Code (T1000/T1600)
26 25 24 23 22 21 20 26 25 24 23 22
64 16 2 64 16 ? ?
Sektor 82 Sektor 83
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Grundlagen7 bit 7 bit StrichbreitencodierungStrichbreitencodierung: System : System LeicaLeica
259 3750
1 9301
257 4449
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Grundlagen
BiachsialeBiachsiale NeigungssensorenNeigungssensoren
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GrundlagenLeicaLeica
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GrundlagenLeica Leica TheodolitneigungssensorTheodolitneigungssensor
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GrundlagenLeicaLeica
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Grundlagen
AchsbedingungenAchsbedingungen
-- Abweichungen von den Achsbedingungen Abweichungen von den Achsbedingungen
-- Auswirkungen auf die HorizontalrichtungsmessungAuswirkungen auf die Horizontalrichtungsmessung
Andere Abweichungen: Fokusablauf, HAndere Abweichungen: Fokusablauf, Hööhenindexhenindex
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GrundlagenDasDas AchsystemAchsystem eineseines modernenmodernen TachymetersTachymeters
1. Zielachsen ⊥ Kippachse2. Alle Zielachsen kolinear3. Kippachse ⊥ Stehachse4. Biax Neigungssensor ⊥ Stehachse
Z Elektronisch
Z Optisch
Z EDM
Bedingungen
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GrundlagenAchsabweichungenAchsabweichungen ÜÜbersichtbersicht
Stehachsschiefe Indexabweichung Zielachsabweichung Kippachsschiefe
Zeiske1999
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GrundlagenZielachsabweichung Zielachsabweichung KollimationsabweichungKollimationsabweichung ((ZielachachsfehlerZielachachsfehler))
Einfluss der Zielachsabweichung auf die Horizontalrichtungsmessung
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GrundlagenZielachsabweichungZielachsabweichung
Die von der idealen Zielachse abweichenden Richtungen liegen auf einem Kegelmantel
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GrundlagenZielachsabweichungZielachsabweichung
f(c)
c
Z
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Grundlagen
Ste
hach
seKippachse
Zielachse
ZielachsabweichungZielachsabweichung
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Grundlagen
sin(z)
f(c)
Z
sin(c)P
P´
c
Zielachse
∆ (P´,P,Z) f(c) = c / sin(z)
Einfluss der Zielachsabweichung auf die HorizontalrichtungEinfluss der Zielachsabweichung auf die Horizontalrichtung
zccf
sinsin)(sin =
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GrundlagenZielachsabweichungZielachsabweichung KorrekturKorrektur derder optischoptisch--visuellenvisuellen und und derder elektronischenelektronischen ZielachseZielachse
Der Nullpunkt der Kamera und die optischeFernrohrachse müssen aufeinanderabgestimmt werden.
Die ATR Nullpunktabweichung ist die Winkel-differenz in Hz und V zwischen der Ziellinie(Fadenkreuz) und der Mitte der Kamera.
Da zur Bestimmung des ATR-Nullpunktfehlers der Reflektor in Hz und V-Richtung exakt angezielt werden muss, ist esmöglich, die Hz-Ziellinienabweichung und die V-Indexabweichung gleichzeitig mit zubestimmen.
Die bei der Kalibrierung ermittelten Hz- und V-Komponenten werden an jeder ATR-Richtungs-bzw. Winkelmessung angebracht.
Eine ähnlicher Korrekturablauf gilt auch für die Abweichung der EDM Zielachse
Zeiske1999
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GrundlagenMessungen in Zwei LagenMessungen in Zwei Lagen
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GrundlagenKippachsabweichung (Kippachsschiefe)Kippachsabweichung (Kippachsschiefe)
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Grundlagen
Steh
achs
e
Kippachse
KippachsschiefeKippachsschiefe
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GrundlagenEinflussEinfluss derder KippachsabweichungKippachsabweichung auf die auf die HorizontalrichtungsmessungHorizontalrichtungsmessung
zziif
coscostan)(tan ⋅
= ziif cot)( ⋅=ETH ZürichGeodätische Messtechnik - Prof. Dr. H. Ingensand
GrundlagenStehachsabweichung (Aufstellfehler)Stehachsabweichung (Aufstellfehler)
Wirkt auf die Horizontalrichtung wiedie Kippachs-abweichung, ist abervom Azimut abhängig
Wird durch 2-Lagenmessung nichtkompensiert
Korrektur durchMessung der aktuellenStehachsneigung
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GrundlagenVertikalwinkelmessungVertikalwinkelmessung
Zenitrichtung bestimmt durch
Höhenidex (Libelle, Pendel, elektronischer Neigungssensor)
Zielachse
Einstellung des Index
Aus Witte
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GrundlagenBestimmungBestimmung derder HHööhenindexabweichunghenindexabweichung
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GrundlagenBestimmungBestimmung derder HHööhenindexabweichunghenindexabweichung
1. Lage 2. LageZenit Höhenindex0 P
zvz a1
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Grundlagen
EndeEnde