Geodätische Messtechnik - Prof. Dr. H. Ingensand ETH Zürichwebarchiv.ethz.ch/geometh-data/student/sensorik/HS2007...Zeiss Elta S (heute ebenfalls Trimble) Trimble 3600 Geodätische

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ETH ZürichGeodätische Messtechnik - Prof. Dr. H. Ingensand

Gliederung: Automatisierte polare MesssystemeGliederung: Automatisierte polare MesssystemeDie Grundforderungen an ein Local Positioning System (LPS)

Grobortung Feinzielung Tracking

Funktionsmuster und Kleinserien für geodätische- und Navigationsanwendungendas Elektrische Auge (GIGAS, IFAG)Topomat,ETHAtlast,ElbitVideotheodolitePolarfixMINILIR/IFIS

Grundlagen und Technologien Grobortung Feinzielung

Geodätische EntwicklungenGeotronics (Spectra Precision bzw. Trimble)TOPCON Leica Zeiss/TrimbleSokkia

Kombination von GPS und Tachymetrie

Lasertracker


Ein Mann VermessungLocal Positioning System LPS Robotertachymeter für MonitoringaufgabenAutomatische AnzielungTracking

Die Zielvorstellung


Die Die VorentwicklungenVorentwicklungen

Funktionsmuster und Kleinserien für geodätische und Navigations-Anwendungen


Funktionsmuster und KleinserienFunktionsmuster und Kleinserien

1955 das Elektrische Auge (GIGAS)1980 Georobot, Hannover 1981 IGS, Bonn 1982 Topomat,ETH1986 Laserfix1988 Atlast,Elbit1986 Leica Videotheodolit1986 Kern Space1990 Navitrack


ElektrischesElektrisches AugeAuge, , GigasGigas 19571957


AnglescanAnglescan ((SprentSprent))

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Positionierung mit Positionierung mit AnglescanAnglescan

∆t


LaserfixLaserfix


Das LaserfixsystemDas Laserfixsystem


Polarfix Krupp AtlasPolarfix Krupp Atlas


MinilirMinilir (Flugsicherung) (Flugsicherung)


Das ELBIT SystemDas ELBIT System

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Das Das TopomatTopomat Basiskonzept IGP/ETHZ 1982Basiskonzept IGP/ETHZ 1982

Mathias1982


Der Der TopomatTopomat


Die TOPOMAT Entwicklung der ETH (1982Die TOPOMAT Entwicklung der ETH (1982--1990)1990)


CCD CCD FeindetektionFeindetektion des des TopomatTopomat


Studie aus Deutschland (ca. 1988)Studie aus Deutschland (ca. 1988)


Der Leica VideotheodolitDer Leica Videotheodolit

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Grundlagen und TechnologienGrundlagen und Technologien


Die GrundforderungenDie Grundforderungen

Automatische Zielerfassung Automatic target recognition (ATR)Grobdetektion/Grobortung (Coarse location of the target)

Feinpositionierung (Precise pointing technique)

Trackingfähigkeit (Ability of tracking the target)

Memory tracking


Automatische ZielerfassungAutomatische Zielerfassung

Mehrschrittoperation

GrobortungFeinpositionierung

Tracking- Memorytracking

r ≤ 500 m

Suchbereich


Grobortung durch Grobortung durch ScanverfahrenScanverfahren

Spiral scanning Meander shaped scanning


Grobortung: Grobortung: SectorizedSectorized ScanningScanning (Fan)(Fan)


ZeissZeiss, S, S--SerieSerieElta S Space

enthält S Track featuresQuickLock transmitter in Griff montiert, durch den Benützer entfernbarLaserfächer Prinzip: Vertikale Lichtebene (moduliert) rotiert mit 90°/s um die VertikalachteAktiver Reflector: Antwortet per Funkverbindung, wenn moduliertes Licht detektiert wirdfür vertikale Grobpositionierung: gleiche Prozedur mit Feinmess-Signal durch Rotieren um die KippachseCodierung der Reflektoren möglich

Robottachymeter

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Grobsuche Grobsuche GeotronicsGeotronics

Rover Instrument head

RPU gibt Information an Tachymeter


PowersearchPowersearch LeicaLeica

Senderöffnung Empfängeröffnung

Fernrohrobjektiv des Theodolits

Alle 3 Achsen sind parallel zueinander ausgerichtet.


PowerSearch 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.


FeinanzielungsverfahrenFeinanzielungsverfahren


FeinanzielungsFeinanzielungs TechnikenTechniken

Intensitäts- Maximum Zielung

Tracker Technologie

Position Sensitive Detectoren (PSD)

CCD-Sensoren


IntensityIntensity Maximum Maximum PointingPointing

Intensity

Intensity maximum

Direction

Y

X

Intensity

Horizontalintersection

Ingensand 1981

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Genauigkeit des IntensitGenauigkeit des Intensitäätsmaximumverfahrenstsmaximumverfahrens


IntensitIntensitäätsverteilungtsverteilung derder DistanzsignalDistanzsignal

IntensitätIntensitätsmaximum

Richtung


TrackerTracker TechnologieTechnologie

Aktiver Zielpunkt


Grundprinzip der FeinanzielungGrundprinzip der Feinanzielung

Target

Focal length

Displacement

PSD/CCDPositive lens

α

fd

=α

α : Anglef : Focal length of the telescoped : Displacement on the PSD/CCD


TypesTypes of Position Sensitive of Position Sensitive DetectorsDetectors

Segmented photodiode (e.g. 4-Q)High resolutionSize of spot dependentSmall range of linearityGap

Lateral effect photodiodePoorer resolutionSize of spot independentWider range of linearityNo dead region


AchsbedingungenAchsbedingungen und und JustierungJustierung

ZielachsenFernrohrVisuellTracker

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Ablaufschema eines automatischen polaren SystemsAblaufschema eines automatischen polaren Systems


GeodGeodäätischetische EntwicklungenEntwicklungen


Kommerzielle Systeme in der GeodKommerzielle Systeme in der Geodääsiesie

1983 Polarfix 1988 Geotronics System 40001989 Topcon1996 Leica 1100/1800/20031997 Zeiss 1999 Zeiss Elta S2004 Leica System 12002005 Trimble S62006 Sokkia SRX ROBOTIC STATION


Das Das GeotronicsGeotronics System 4000System 4000


GeotronicsGeotronics System 4000System 4000


GeotronicsGeotronics (Fr(Früüher AGA her AGA GeodimeterGeodimeter, , SpectraSpectra PrecisionPrecision, heute Trimble), heute Trimble)

MotorVert.

MotorHoriz.

DRIVE DRIVE

Vert.Angle

Horiz.Angle

Control&

Computing Unit

REC.DEM.A/D

A/DConv.

LightDetector

LightTrans-mitter

LightTrans-mitter

Control

InputUnit

Amp.Mod.Trans-mitter

Vertical Angle

Prism Device

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Trimble (ex Trimble (ex GeodimeterGeodimeter ex ex GeotronicsGeotronics))

Trimble 5600Trimble 5600


TopconTopcon


Topcon GTS 8200Topcon GTS 8200


TheThe TopconTopcon APAP--L1A L1A ScanningScanning SystemSystem


Das Leica System 1100/1800/2003Das Leica System 1100/1800/2003


TPS1200 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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Das Leica System (CCD basierend)Das Leica System (CCD basierend)


PrecisePrecise PointingPointing withwith CCDCCD--SensorsSensors

EDM

CCD

Beamsplitter &Filter

Fiber

Leica ATR

360 ° Prism Device

Best fit

Image

ING

LD


Zeiss Zeiss EltaElta S (heute ebenfalls Trimble)S (heute ebenfalls Trimble)

Trimble 3600Trimble 3600


ZeissZeiss, S, S--SerieSerie

Elta S Trackvoll-koaxiales optisches Systempräzises Zielen durch CCDScanning entlang RingpolygonSuchzeit wenige Sekunden, tracking 40 ms (Herstellerangabe)

scanning along ring polygon

Robottachymeter


Trimble S6 (2005)Trimble S6 (2005)


Trimble S6 Trimble S6 MagdriveMagdrive

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Tracker Strahlengang (Trimble S6)

• Infrarot Lichtstrahl• Empfänger• Direkter Link mit MagDrive Servos


ZielsucheZielsuche mitmit Target IDTarget ID

• Aktives Element am Stab• Tracker sucht nach Target ID• 8 Codes setzbar


Sokkia SRX Robotic Total Station (2006)Sokkia SRX Robotic Total Station (2006)


Tachymeter und GPSTachymeter und GPS


SensorfusionSensorfusion in in einemeinem InstrumentInstrument

GPS

CCD

Encoder

Neigungssensoren

Satellitengeodäsie

Photogrammetrie

Tachymetrie

Informatik

EDM

Scanner

Computer


EineEine WeitereWeitere LLöösungsung zurzur KombinationKombination GPSGPS--TPSTPS

Leica Patent 1989

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KombinationKombination von GPS und von GPS und TachymetrieTachymetrie


LasertrackerLasertracker= = HochprHochprääzisionstachymeterzisionstachymeter ffüür industrielle Anwendungenr industrielle Anwendungen


LasertrackerLasertracker


Industriemesssysteme (Leica Industriemesssysteme (Leica LasertrackerLasertracker))


Industriemesssysteme (Industriemesssysteme (LasertrackerLasertracker))


FaroFaro LasertrackerLasertracker

Documents

Geodätische Messtechnik - Prof. Dr. H. Ingensand ETH Zürichwebarchiv.ethz.ch/geometh-data/student/sensorik/HS2007...Zeiss Elta S (heute ebenfalls Trimble) Trimble 3600 Geodätische